ROS 2智能机器人开发实践 / 通用智能与大模型丛书
定价：￥128.00
作者： 胡春旭
出版时间：2025-12
出版社：电子工业出版社
- 电子工业出版社
- 9787121491733
- 1-6
- 540868
- 60266939-2
- 平塑勒
- 16开
- 2025-12
- 675
- 492
- 工学
- 自动化类
- 机器人工程
- 本科 研究生及以上
内容简介
本书以ROS 2核心原理为主线，以机器人开发实践为重心，在详细讲解ROS 2核心概念、组件工具的基础上，介绍ROS 2构建仿真/实物机器人系统的方法，剖析ROS 2用于视觉识别、地图构建、自主导航等应用的方法，配有大量图表、源码等，帮助读者在实现ROS 2基础功能的同时，深入理解基于ROS 2的机器人开发方法，从而将书中的内容用于实践。本书采用最新稳定版本ROS 2系统和全新一代Gazebo机器人仿真平台，读者只需准备一台计算机，就可以快速上手学习。同时，本书介绍了实物机器人的搭建方法及相应功能的实现，书中源码都加入了中文注释，并针对核心内容提供C++和Python两个版本。为方便读者阅读和学习本书，笔者团队还专门创建了一个网页，供读者下载配套源码、查看操作指令、学习配套视频教程。
目录
第1部分 ROS 2 基础原理
1 ROS：智能机器人的灵魂 2
1.1 智能机器人时代 2
1.2 ROS 发展历程 3
1.2.1 ROS 的起源 3
1.2.2 ROS 的发展 4
1.2.3 ROS 的特点 6
1.3 ROS 2 与 ROS 1 7
1.3.1 ROS 1 的局限性 7
1.3.2 全新的 ROS 2 8
1.3.3 ROS 2 与 ROS 1 的对比 10
1.4 ROS 2 安装方法 13
1.4.1 Linux 是什么 14
1.4.2 Ubuntu 是什么 14
1.4.3 Ubuntu 操作系统安装 15
1.4.4 ROS 2 系统安装 18
1.5 ROS 2 命令行操作 20
1.5.1 Linux 中的命令行 21
1.5.2 海龟仿真实践 25
1.5.3 ROS 2 中的命令行 26
1.6 本章小结 31
2 ROS 2 核心原理：构建机器人的基石 32
2.1 ROS 2 机器人开发流程 32
2.2 工作空间：机器人开发的大本营 34
2.2.1 工作空间是什么 34
2.2.2 创建工作空间 35
2.2.3 编译工作空间 36
2.2.4 设置环境变量 37
2.3 功能包：机器人功能分类 37
2.3.1 功能包是什么 38
2.3.2 创建功能包 38
2.3.3 功能包的结构 39
2.3.4 编译功能包 44
2.4 节点：机器人的工作细胞 45
2.4.1 节点是什么 46
2.4.2 节点编程方法（Python） 47
2.4.3 节点编程方法（C++） 49
2.4.4 节点的命令行操作 51
2.4.5 节点应用示例：目标检测 52
2.5 话题：节点间传递数据的桥梁 54
2.5.1 话题是什么 55
2.5.2 话题通信模型 55
2.5.3 话题通信编程示例 57
2.5.4 话题发布者编程方法（Python） 58
2.5.5 话题订阅者编程方法（Python） 59
2.5.6 话题发布者编程方法（C++） 60
2.5.7 话题订阅者编程方法（C++） 62
2.5.8 话题的命令行操作 63
2.5.9 话题应用示例：目标检测（周期式） 64
2.6 服务：节点间的你问我答 68
2.6.1 服务是什么 68
2.6.2 服务通信模型 69
2.6.3 服务通信编程示例 70
2.6.4 客户端编程方法（Python） 71
2.6.5 服务端编程方法（Python） 72
2.6.6 客户端编程方法（C++） 73
2.6.7 服务端编程方法（C++） 75
2.6.8 服务的命令行操作 76
2.6.9 服务应用示例：目标检测（请求式） 77
2.7 通信接口：数据传递的标准结构 80
2.7.1 通信接口是什么 80
2.7.2 通信接口的定义方法 82
2.7.3 通信接口的命令行操作 85
2.7.4 服务接口应用示例：请求目标检测的坐标 86
2.7.5 话题接口应用示例：周期性发布目标检测的坐标 89
2.8 动作：完整行为的流程管理 93
2.8.1 动作是什么 93
2.8.2 动作通信模型 93
2.8.3 动作通信编程示例 95
2.8.4 动作接口的定义方法 96
2.8.5 服务端编程方法（Python） 97
2.8.6 客户端编程方法（Python） 99
2.8.7 客户端编程方法（C++） 101
2.8.8 服务端编程方法（C++） 104
2.8.9 动作的命令行操作 107
2.9 参数：机器人系统的全局字典 107
2.9.1 参数是什么 108
2.9.2 参数通信模型 108
2.9.3 参数的命令行操作 109
2.9.4 参数编程方法（Python） 111
2.9.5 参数编程方法（C++） 112
2.9.6 参数应用示例：设置目标检测的阈值 113
2.10 数据分发服务（DDS）：机器人的神经网络 116
2.10.1 DDS 是什么 116
2.10.2 DDS 通信模型 118
2.10.3 质量服务策略 QoS 120
2.10.4 命令行中配置 DDS 的 QoS 123
2.10.5 DDS 编程示例 125
2.11 分布式通信 128
2.11.1 分布式通信是什么 128
2.11.2 SSH 远程网络连接 128
2.11.3 分布式数据传输 130
2.11.4 分布式网络分组 132
2.11.5 海龟分布式通信示例 133
2.12 本章小结 133
3 ROS 2 常用工具：让机器人开发更便捷 134
3.1 Launch：多节点启动与配置脚本 134
3.1.1 多节点启动方法 136
3.1.2 命令行参数配置 137
3.1.3 资源重映射 139
3.1.4 ROS 参数设置 141
3.1.5 Launch 启动文件嵌套包含 143
3.2 tf：机器人坐标系管理系统 144
3.2.1 机器人中的坐标系 145
3.2.2 tf 命令行操作 146
3.2.3 静态 tf 广播（Python） 149
3.2.4 静态 tf 广播（C++） 151
3.2.5 动态 tf 广播（Python） 153
3.2.6 动态 tf 广播（C++） 155
3.2.7 tf 监听（Python） 157
3.2.8 tf 监听（C++） 160
3.2.9 tf 综合应用示例：海龟跟随（Python） 163
3.2.10 tf 综合应用示例：海龟跟随（C++） 168
3.3 Gazebo：机器人三维物理仿真平台 172
3.3.1 Gazebo 介绍 172
3.3.2 机器人仿真示例 175
3.3.3 传感器仿真示例 177
3.4 RViz：数据可视化平台 178
3.4.1 RViz 介绍 178
3.4.2 数据可视化操作流程 181
3.4.3 应用示例一：tf 数据可视化 182
3.4.4 应用示例二：图像数据可视化 184
3.4.5 Gazebo 与 RViz 的关系 186
3.5 rosbag：数据记录与回放 186
3.5.1 记录数据 187
3.5.2 回放数据 188
3.6 rqt：模块化可视化工具箱 189
3.6.1 rqt 介绍 189
3.6.2 日志显示 190
3.6.3 图像显示 191
3.6.4 发布话题/服务数据 192
3.6.5 绘制数据曲线 193
3.6.6 数据包管理 193
3.6.7 节点可视化 194
3.7 ROS 2 开发环境配置 195
3.7.1 版本管理软件 git 195
3.7.2 集成开发环境 VSCode 196
3.8 本章小结 198
第 2 部分 ROS 2 机器人设计
4 ROS 2 机器人仿真：零成本玩转机器人 200
4.1 机器人的定义与组成 200
4.2 URDF 机器人建模 203
4.2.1 连杆的描述 204
4.2.2 关节的描述 206
4.2.3 完整机器人模型 208
4.3 创建机器人URDF模型 209
4.3.1 机器人模型功能包 209
1 ROS：智能机器人的灵魂 2
1.1 智能机器人时代 2
1.2 ROS 发展历程 3
1.2.1 ROS 的起源 3
1.2.2 ROS 的发展 4
1.2.3 ROS 的特点 6
1.3 ROS 2 与 ROS 1 7
1.3.1 ROS 1 的局限性 7
1.3.2 全新的 ROS 2 8
1.3.3 ROS 2 与 ROS 1 的对比 10
1.4 ROS 2 安装方法 13
1.4.1 Linux 是什么 14
1.4.2 Ubuntu 是什么 14
1.4.3 Ubuntu 操作系统安装 15
1.4.4 ROS 2 系统安装 18
1.5 ROS 2 命令行操作 20
1.5.1 Linux 中的命令行 21
1.5.2 海龟仿真实践 25
1.5.3 ROS 2 中的命令行 26
1.6 本章小结 31
2 ROS 2 核心原理：构建机器人的基石 32
2.1 ROS 2 机器人开发流程 32
2.2 工作空间：机器人开发的大本营 34
2.2.1 工作空间是什么 34
2.2.2 创建工作空间 35
2.2.3 编译工作空间 36
2.2.4 设置环境变量 37
2.3 功能包：机器人功能分类 37
2.3.1 功能包是什么 38
2.3.2 创建功能包 38
2.3.3 功能包的结构 39
2.3.4 编译功能包 44
2.4 节点：机器人的工作细胞 45
2.4.1 节点是什么 46
2.4.2 节点编程方法（Python） 47
2.4.3 节点编程方法（C++） 49
2.4.4 节点的命令行操作 51
2.4.5 节点应用示例：目标检测 52
2.5 话题：节点间传递数据的桥梁 54
2.5.1 话题是什么 55
2.5.2 话题通信模型 55
2.5.3 话题通信编程示例 57
2.5.4 话题发布者编程方法（Python） 58
2.5.5 话题订阅者编程方法（Python） 59
2.5.6 话题发布者编程方法（C++） 60
2.5.7 话题订阅者编程方法（C++） 62
2.5.8 话题的命令行操作 63
2.5.9 话题应用示例：目标检测（周期式） 64
2.6 服务：节点间的你问我答 68
2.6.1 服务是什么 68
2.6.2 服务通信模型 69
2.6.3 服务通信编程示例 70
2.6.4 客户端编程方法（Python） 71
2.6.5 服务端编程方法（Python） 72
2.6.6 客户端编程方法（C++） 73
2.6.7 服务端编程方法（C++） 75
2.6.8 服务的命令行操作 76
2.6.9 服务应用示例：目标检测（请求式） 77
2.7 通信接口：数据传递的标准结构 80
2.7.1 通信接口是什么 80
2.7.2 通信接口的定义方法 82
2.7.3 通信接口的命令行操作 85
2.7.4 服务接口应用示例：请求目标检测的坐标 86
2.7.5 话题接口应用示例：周期性发布目标检测的坐标 89
2.8 动作：完整行为的流程管理 93
2.8.1 动作是什么 93
2.8.2 动作通信模型 93
2.8.3 动作通信编程示例 95
2.8.4 动作接口的定义方法 96
2.8.5 服务端编程方法（Python） 97
2.8.6 客户端编程方法（Python） 99
2.8.7 客户端编程方法（C++） 101
2.8.8 服务端编程方法（C++） 104
2.8.9 动作的命令行操作 107
2.9 参数：机器人系统的全局字典 107
2.9.1 参数是什么 108
2.9.2 参数通信模型 108
2.9.3 参数的命令行操作 109
2.9.4 参数编程方法（Python） 111
2.9.5 参数编程方法（C++） 112
2.9.6 参数应用示例：设置目标检测的阈值 113
2.10 数据分发服务（DDS）：机器人的神经网络 116
2.10.1 DDS 是什么 116
2.10.2 DDS 通信模型 118
2.10.3 质量服务策略 QoS 120
2.10.4 命令行中配置 DDS 的 QoS 123
2.10.5 DDS 编程示例 125
2.11 分布式通信 128
2.11.1 分布式通信是什么 128
2.11.2 SSH 远程网络连接 128
2.11.3 分布式数据传输 130
2.11.4 分布式网络分组 132
2.11.5 海龟分布式通信示例 133
2.12 本章小结 133
3 ROS 2 常用工具：让机器人开发更便捷 134
3.1 Launch：多节点启动与配置脚本 134
3.1.1 多节点启动方法 136
3.1.2 命令行参数配置 137
3.1.3 资源重映射 139
3.1.4 ROS 参数设置 141
3.1.5 Launch 启动文件嵌套包含 143
3.2 tf：机器人坐标系管理系统 144
3.2.1 机器人中的坐标系 145
3.2.2 tf 命令行操作 146
3.2.3 静态 tf 广播（Python） 149
3.2.4 静态 tf 广播（C++） 151
3.2.5 动态 tf 广播（Python） 153
3.2.6 动态 tf 广播（C++） 155
3.2.7 tf 监听（Python） 157
3.2.8 tf 监听（C++） 160
3.2.9 tf 综合应用示例：海龟跟随（Python） 163
3.2.10 tf 综合应用示例：海龟跟随（C++） 168
3.3 Gazebo：机器人三维物理仿真平台 172
3.3.1 Gazebo 介绍 172
3.3.2 机器人仿真示例 175
3.3.3 传感器仿真示例 177
3.4 RViz：数据可视化平台 178
3.4.1 RViz 介绍 178
3.4.2 数据可视化操作流程 181
3.4.3 应用示例一：tf 数据可视化 182
3.4.4 应用示例二：图像数据可视化 184
3.4.5 Gazebo 与 RViz 的关系 186
3.5 rosbag：数据记录与回放 186
3.5.1 记录数据 187
3.5.2 回放数据 188
3.6 rqt：模块化可视化工具箱 189
3.6.1 rqt 介绍 189
3.6.2 日志显示 190
3.6.3 图像显示 191
3.6.4 发布话题/服务数据 192
3.6.5 绘制数据曲线 193
3.6.6 数据包管理 193
3.6.7 节点可视化 194
3.7 ROS 2 开发环境配置 195
3.7.1 版本管理软件 git 195
3.7.2 集成开发环境 VSCode 196
3.8 本章小结 198
第 2 部分 ROS 2 机器人设计
4 ROS 2 机器人仿真：零成本玩转机器人 200
4.1 机器人的定义与组成 200
4.2 URDF 机器人建模 203
4.2.1 连杆的描述 204
4.2.2 关节的描述 206
4.2.3 完整机器人模型 208
4.3 创建机器人URDF模型 209
4.3.1 机器人模型功能包 209
