ROS機(jī)械臂開發(fā)與實踐

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)動學(xué)    009
1.4.3 逆運(yùn)動學(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ROS
2.1 什么是ROS    011
2.2 ROS 的安裝與測試    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)代碼包簡要說明    025
2.5 ROS 的通信架構(gòu)    026
2.5.1 節(jié)點與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 動作  028
2.5.6 話題、服務(wù)和動作對比    028
2.5.7 參數(shù)服務(wù)器    028
2.6 ROS 計算圖和命名空間    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 話題通信和編程實現(xiàn)  036
3.3.1 話題的發(fā)布節(jié)點（Python）  036
3.3.2 話題的訂閱節(jié)點（Python）  040
3.3.3 話題的發(fā)布節(jié)點（C ）  042
3.3.4 話題的訂閱節(jié)點（C ）  046
3.3.5 話題通信測試    049
3.4 服務(wù)通信和編程實現(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（Python）  055
3.4.4 服務(wù)的客戶端節(jié)點（Python）  057
3.4.5 服務(wù)的服務(wù)端節(jié)點（C ）  059
3.4.6 服務(wù)的客戶端節(jié)點（C ）  061
3.4.7 服務(wù)通信測試    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)階實踐
4.1 動作通信和編程實現(xiàn)  073
4.1.1 Action 的定義    073
4.1.2 Action 的服務(wù)端節(jié)點（Python）  076
4.1.3 Action 的客戶端節(jié)點（Python）  079
4.1.4 Action 的服務(wù)端節(jié)點（C ）  081
4.1.5 Action 的客戶端節(jié)點（C ）  084
4.1.6 Action 通信測試    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 啟動文件    090
4.2.3 RViz 可視化平臺  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 動態(tài)參數(shù)配置  101
4.3.1 編寫.cfg 文件 102
4.3.2 設(shè)置動態(tài)參數(shù)節(jié)點（Python）  103
4.3.3 設(shè)置動態(tài)參數(shù)節(jié)點（C ）  107
4.3.4 測試動態(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（Python）    113
4.4.3 編寫TF2 監(jiān)聽節(jié)點（Python）    117
4.4.4 編寫TF2 廣播節(jié)點（C ）    119
4.4.5 編寫TF2 監(jiān)聽節(jié)點（C ）    121
4.4.6 TF 測試和常用工具    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 簡化機(jī)械臂URDF 模型  145
5.3.3 為機(jī)械臂添加移動底盤    148
5.4 sw2urdf 插件  149
5.4.1 sw2urdf 插件簡介    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 原理簡介    157
5.5.2 編寫/joint_states 話題發(fā)布節(jié)點    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  165
6.1.2 運(yùn)動學(xué)求解器    166
6.1.3 運(yùn)動規(guī)劃器    166
6.1.4 規(guī)劃場景    168
6.1.5 碰撞檢測    168
6.2 MoveIt!可視化配置    168
6.2.1 安裝MoveIt!并啟動配置助手    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 自動生成配置文件    182
6.3 使用RViz 快速上手MoveIt!  183
6.3.1 啟動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)劃場景測試碰撞檢測    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!啟動文件    204
6.5.3 真實機(jī)械臂測試    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 演示模式下測試    224
7.2.2 直線運(yùn)動示例（Python）  226
7.2.3 直線運(yùn)動示例（C ）  230
7.2.4 圓弧運(yùn)動示例（Python）  232
7.2.5 圓弧運(yùn)動示例（C ）  235
7.3 避障規(guī)劃  237
7.3.1 演示模式下測試    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 演示模式下測試    247
7.4.2 pick 和place 編程接口  250
7.4.3 編程實現(xiàn)物品抓取與放置（Python）    252
7.4.4 編程實現(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 261
8.2.1 使用usb_cam 功能包測試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)動安裝和測試  265
8.2.4 PointCloud2 點云消息  269
8.3 相機(jī)的標(biāo)定  270
8.3.1 camera_calibration 簡介和安裝  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 282
8.5.1 HSV 顏色檢測和測試  282
8.5.2 編程實現(xiàn)HSV 顏色檢測（Python）  285
8.5.3 編程實現(xiàn)HSV 顏色檢測（C ）    288
8.6 ROS 中的物體檢測    289
8.6.1 物體檢測簡述    289
8.6.2 find_object_2d 節(jié)點的測試  291
8.6.3 find_object_3d 節(jié)點的測試  293
8.6.4 darknet_ros 的安裝和測試    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)簽檢測與定位  302
9.2.1 ar_track_alvar 的簡介與安裝    302
9.2.2 創(chuàng)建AR 標(biāo)簽 303
9.2.3 檢測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)簽識別的自動抓取  319
9.4.1 應(yīng)用系統(tǒng)原理    319
9.4.2 應(yīng)用測試    322
9.4.3 編程實現(xiàn)自動抓?。≒ython）  324
9.4.4 編程實現(xiàn)自動抓?。– ）  327
本章小結(jié)  330
習(xí)題9    330
參考文獻(xiàn)