ROS機(jī)械臂開發(fā)與實(shí)踐

第1章 機(jī)械臂基礎(chǔ)
1.1 機(jī)械臂系統(tǒng)組成  001
1.1.1 機(jī)械系統(tǒng)    001
1.1.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)    001
1.1.3 感知系統(tǒng)    002
1.1.4 控制系統(tǒng)    002
1.2 機(jī)械臂主要技術(shù)參數(shù)  002
1.2.1 自由度    002
1.2.2 定位精度    003
1.2.3 工作空間    003
1.2.4 速度和加速度    004
1.2.5 承載能力    004
1.3 空間描述和變換  004
1.3.1 位置描述    005
1.3.2 姿態(tài)描述    005
1.3.3 機(jī)器人位姿    007
1.3.4 坐標(biāo)變換    007
1.4 機(jī)械臂正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)  008
1.4.1 關(guān)節(jié)空間和笛卡兒空間    008
1.4.2 正運(yùn)動(dòng)學(xué)    009
1.4.3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)    009
1.5 推薦閱讀 009
本章小結(jié)  009
習(xí)題1    010
第2章 認(rèn)識(shí)ROS
2.1 什么是ROS    011
2.2 ROS 的安裝與測(cè)試    011
2.2.1 操作系統(tǒng)和ROS 版本選擇  011
2.2.2 安裝ROS Melodic Morenia 版本    012
2.2.3 測(cè)試ROS  015
2.3 ROS 文件系統(tǒng)    015
2.3.1 catkin 工作空間和ROS 功能包    015
2.3.2 創(chuàng)建工作空間    017
2.4 教學(xué)代碼包  018
2.4.1 下載安裝教學(xué)代碼包    018
2.4.2 Qt Creator 開發(fā)環(huán)境    019
2.4.3 教學(xué)代碼包簡(jiǎn)要說明    025
2.5 ROS 的通信架構(gòu)    026
2.5.1 節(jié)點(diǎn)與ROS Master  027
2.5.2 消息  027
2.5.3 話題  027
2.5.4 服務(wù)  028
2.5.5 動(dòng)作  028
2.5.6 話題、服務(wù)和動(dòng)作對(duì)比    028
2.5.7 參數(shù)服務(wù)器    028
2.6 ROS 計(jì)算圖和命名空間    029
本章小結(jié)  029
習(xí)題2    030
第3章 ROS 基礎(chǔ)實(shí)踐
3.1 消息的定義和使用  031
3.1.1 消息的描述和類型    031
3.1.2 自定義消息類型    033
3.1.3 消息的使用    035
3.2 rospy 和roscpp 客戶端  035
3.3 話題通信和編程實(shí)現(xiàn)  036
3.3.1 話題的發(fā)布節(jié)點(diǎn)（Python）  036
3.3.2 話題的訂閱節(jié)點(diǎn)（Python）  040
3.3.3 話題的發(fā)布節(jié)點(diǎn)（C ）  042
3.3.4 話題的訂閱節(jié)點(diǎn)（C ）  046
3.3.5 話題通信測(cè)試    049
3.4 服務(wù)通信和編程實(shí)現(xiàn)  052
3.4.1 服務(wù)的定義    052
3.4.2 自定義服務(wù)類型    053
3.4.3 服務(wù)的服務(wù)端節(jié)點(diǎn)（Python）  055
3.4.4 服務(wù)的客戶端節(jié)點(diǎn)（Python）  057
3.4.5 服務(wù)的服務(wù)端節(jié)點(diǎn)（C ）  059
3.4.6 服務(wù)的客戶端節(jié)點(diǎn)（C ）  061
3.4.7 服務(wù)通信測(cè)試    062
3.5 ROS 中的參數(shù)    064
3.5.1 rosparam 命令行工具    064
3.5.2 參數(shù)服務(wù)器（Python）    066
3.5.3 參數(shù)服務(wù)器（C ）  068
本章小結(jié)  071
習(xí)題3    071
第4章 ROS 進(jìn)階實(shí)踐
4.1 動(dòng)作通信和編程實(shí)現(xiàn)  073
4.1.1 Action 的定義    073
4.1.2 Action 的服務(wù)端節(jié)點(diǎn)（Python）  076
4.1.3 Action 的客戶端節(jié)點(diǎn)（Python）  079
4.1.4 Action 的服務(wù)端節(jié)點(diǎn)（C ）  081
4.1.5 Action 的客戶端節(jié)點(diǎn)（C ）  084
4.1.6 Action 通信測(cè)試    085
4.2 ROS 常用組件和工具    089
4.2.1 XML 語法規(guī)范    089
4.2.2 launch 啟動(dòng)文件    090
4.2.3 RViz 可視化平臺(tái)  096
4.2.4 rqt 工具箱  101
4.2.5 rosbag 數(shù)據(jù)記錄與回放  101
4.3 動(dòng)態(tài)參數(shù)配置  101
4.3.1 編寫.cfg 文件 102
4.3.2 設(shè)置動(dòng)態(tài)參數(shù)節(jié)點(diǎn)（Python）  103
4.3.3 設(shè)置動(dòng)態(tài)參數(shù)節(jié)點(diǎn)（C ）  107
4.3.4 測(cè)試動(dòng)態(tài)參數(shù)配置    108
4.4 ROS 中的坐標(biāo)系和TF2    110
4.4.1 ROS 中的TF  110
4.4.2 編寫TF2 廣播節(jié)點(diǎn)（Python）    113
4.4.3 編寫TF2 監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)（Python）    117
4.4.4 編寫TF2 廣播節(jié)點(diǎn)（C ）    119
4.4.5 編寫TF2 監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)（C ）    121
4.4.6 TF 測(cè)試和常用工具    123
4.5 擴(kuò)展閱讀 126
本章小結(jié)  127
習(xí)題4    127
第5章 ROS 機(jī)械臂建模
5.1 URDF 建模原理和語法規(guī)范    128
5.1.1 什么是URDF    128
5.1.2 urdf 功能包    128
5.1.3 URDF 語法規(guī)范    129
5.2 機(jī)械臂URDF 建模    133
5.2.1 創(chuàng)建機(jī)械臂描述功能包    134
5.2.2 創(chuàng)建機(jī)械臂URDF 模型    134
5.2.3 添加機(jī)械臂夾爪模型    136
5.2.4 URDF 調(diào)試工具    139
5.2.5 在RViz 中可視化模型    140
5.3 xacro 語言簡(jiǎn)化URDF 模型  142
5.3.1 xacro 模型文件常用語法    143
5.3.2 使用xacro 簡(jiǎn)化機(jī)械臂URDF 模型  145
5.3.3 為機(jī)械臂添加移動(dòng)底盤    148
5.4 sw2urdf 插件  149
5.4.1 sw2urdf 插件簡(jiǎn)介    150
5.4.2 sw2urdf 插件導(dǎo)出的功能包    150
5.4.3 XBot-Arm 機(jī)械臂的URDF 模型  153
5.5 robot_state_publisher 發(fā)布TF    157
5.5.1 robot_state_publisher 原理簡(jiǎn)介    157
5.5.2 編寫/joint_states 話題發(fā)布節(jié)點(diǎn)    160
本章小結(jié)  163
習(xí)題5    163
第6章 MoveIt!基礎(chǔ)
6.1 MoveIt!軟件架構(gòu)    164
6.1.1 move_group 節(jié)點(diǎn)  165
6.1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器    166
6.1.3 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器    166
6.1.4 規(guī)劃場(chǎng)景    168
6.1.5 碰撞檢測(cè)    168
6.2 MoveIt!可視化配置    168
6.2.1 安裝MoveIt!并啟動(dòng)配置助手    169
6.2.2 生成自碰撞矩陣    170
6.2.3 添加虛擬關(guān)節(jié)    171
6.2.4 添加規(guī)劃組    173
6.2.5 添加機(jī)器人位姿    176
6.2.6 添加末端執(zhí)行器    179
6.2.7 添加被動(dòng)關(guān)節(jié)    180
6.2.8 ROS 控制  181
6.2.9 Simulation 仿真    182
6.2.10 設(shè)置3D 傳感器  182
6.2.11 添加作者信息    182
6.2.12 自動(dòng)生成配置文件    182
6.3 使用RViz 快速上手MoveIt!  183
6.3.1 啟動(dòng)Demo 并配置RViz 插件    184
6.3.2 使用MotionPlanning 交互    187
6.3.3 設(shè)置規(guī)劃場(chǎng)景測(cè)試碰撞檢測(cè)    189
6.4 MoveIt!配置功能包解析    193
6.4.1 SRDF 文件  193
6.4.2 kinematics.yaml 文件    195
6.4.3 joint_limits.yaml 文件  195
6.4.4 ompl_planning.yaml 文件    196
6.4.5 fake_controllers.yaml 文件    196
6.4.6 demo.launch 啟動(dòng)文件    196
6.4.7 move_group.launch 文件  198
6.4.8 setup_assistant.launch 文件  200
6.5 MoveIt!控制真實(shí)機(jī)械臂    201
6.5.1 通信機(jī)制和系統(tǒng)架構(gòu)    201
6.5.2 添加MoveIt!啟動(dòng)文件    204
6.5.3 真實(shí)機(jī)械臂測(cè)試    205
6.6 使用MoveIt!的命令行工具  206
本章小結(jié)  210
習(xí)題6    210
第7章 MoveIt!的編程
7.1 關(guān)節(jié)目標(biāo)和位姿目標(biāo)規(guī)劃  211
7.1.1 演示模式下測(cè)試    212
7.1.2 關(guān)節(jié)目標(biāo)規(guī)劃示例（Python）  213
7.1.3 關(guān)節(jié)目標(biāo)規(guī)劃示例（C ）  216
7.1.4 位姿目標(biāo)規(guī)劃示例（Python）  218
7.1.5 位姿目標(biāo)規(guī)劃示例（C ）  222
7.2 笛卡兒路徑規(guī)劃  223
7.2.1 演示模式下測(cè)試    224
7.2.2 直線運(yùn)動(dòng)示例（Python）  226
7.2.3 直線運(yùn)動(dòng)示例（C ）  230
7.2.4 圓弧運(yùn)動(dòng)示例（Python）  232
7.2.5 圓弧運(yùn)動(dòng)示例（C ）  235
7.3 避障規(guī)劃  237
7.3.1 演示模式下測(cè)試    237
7.3.2 避障規(guī)劃示例（Python）  240
7.3.3 避障規(guī)劃示例（C ）  245
7.4 物品抓取與放置  247
7.4.1 演示模式下測(cè)試    247
7.4.2 pick 和place 編程接口  250
7.4.3 編程實(shí)現(xiàn)物品抓取與放置（Python）    252
7.4.4 編程實(shí)現(xiàn)物品抓取與放置（C ）  257
本章小結(jié)  260
習(xí)題7    260
第8章 機(jī)械臂的視覺系統(tǒng)
8.1 視覺系統(tǒng)概述  261
8.2 ROS 圖像接口和相機(jī)驅(qū)動(dòng) 261
8.2.1 使用usb_cam 功能包測(cè)試USB攝像頭    262
8.2.2 Image 和CompressedImage圖像消息    264
8.2.3 RealSense 相機(jī)的驅(qū)動(dòng)安裝和測(cè)試  265
8.2.4 PointCloud2 點(diǎn)云消息  269
8.3 相機(jī)的標(biāo)定  270
8.3.1 camera_calibration 簡(jiǎn)介和安裝  270
8.3.2 camera_calibration 的相機(jī)標(biāo)定  270
8.4 cv_bridge 功能包    275
8.4.1 cv_bridge 安裝和測(cè)試  275
8.4.2 cv_bridge 的使用示例（Python）    277
8.4.3 cv_bridge 的使用示例（C ）    279
8.5 顏色檢測(cè) 282
8.5.1 HSV 顏色檢測(cè)和測(cè)試  282
8.5.2 編程實(shí)現(xiàn)HSV 顏色檢測(cè)（Python）  285
8.5.3 編程實(shí)現(xiàn)HSV 顏色檢測(cè)（C ）    288
8.6 ROS 中的物體檢測(cè)    289
8.6.1 物體檢測(cè)簡(jiǎn)述    289
8.6.2 find_object_2d 節(jié)點(diǎn)的測(cè)試  291
8.6.3 find_object_3d 節(jié)點(diǎn)的測(cè)試  293
8.6.4 darknet_ros 的安裝和測(cè)試    295
本章小結(jié)  297
習(xí)題8    297
第9章 機(jī)械臂的視覺抓取
9.1 視覺抓取關(guān)鍵技術(shù)分析  298
9.2 AR 標(biāo)簽檢測(cè)與定位  302
9.2.1 ar_track_alvar 的簡(jiǎn)介與安裝    302
9.2.2 創(chuàng)建AR 標(biāo)簽 303
9.2.3 檢測(cè)AR 標(biāo)簽 304
9.3 機(jī)械臂手眼標(biāo)定  306
9.3.1 手眼標(biāo)定的基本原理    306
9.3.2 easy_handeye 的安裝和準(zhǔn)備工作  308
9.3.3 眼在手外的手眼標(biāo)定    312
9.3.4 手眼標(biāo)定結(jié)果的發(fā)布和使用    318
9.4 基于AR 標(biāo)簽識(shí)別的自動(dòng)抓取  319
9.4.1 應(yīng)用系統(tǒng)原理    319
9.4.2 應(yīng)用測(cè)試    322
9.4.3 編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓?。≒ython）  324
9.4.4 編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取（C ）  327
本章小結(jié)  330
習(xí)題9    330
參考文獻(xiàn)