【ROS2机器人入门到实战】_ros2机器人编程实战 pdf

ROS2机器人入门到实战教程(鱼香ROS)

写在前面

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2. 教程配套机器人开发平台：两驱版| 四驱版
3. 为方便交流，搭建了机器人技术问答社区：地址 fishros.org.cn

（一）​ROS2入门篇

第 1 章 ROS2介绍与安装

基础篇-Linux基础

• 1.Linux与Ubuntu系统介绍
• 2.在虚拟机中安装Ubuntu
• 3.玩转Ubuntu之常用指令
• 4.玩转Ubuntu之编程工具
• 5.玩转Ubuntu之常用软件

入门篇-ROS2介绍安装

• 1.ROS2前世今生
• 2.ROS与ROS2对比
• 3.动手安装ROS2
• 4.ROS2初体验

进阶篇-架构与中间件

• 1.ROS2系统架构
• 2.中间件DDS架构

第 2章 ROS第一个节点

基础篇-编程基础

• 1.使用gcc编译ROS2节点
• 2.使用make编译ROS2节点
• 3.使用CMakeList.txt编译ROS2节点
• 4.CMake依赖查找流程
• 5.Python依赖查找流程
• 6.Python工具之Setup

入门篇-动手使用ROS2

• 1.ROS2节点介绍
• 2.ROS2功能包与工作空间
• 3.ROS2构建工具之Colcon
• 4.使用RCLCPP编写节点
• 5.使用RCLPY编写节点

进阶篇-ROS2系统

• 1.面向对象编程思想
• 2.使用面向对象方式编写ROS2节点
• 3.Colcon使用进阶
• 4.ROS2节点发现与多机通信

第3章 ROS2节点通信之话题与服务

基础篇-中间件

• 1.从底层理解通信
• 2.通信中间件之ZMQ

入门篇-话题与服务

• 1.ROS2话题入门
• 2.话题之RCLCPP实现
• 3.话题之RCLPY实现
• 4.ROS2服务入门
• 5.服务之RCLCPP实现
• 6.服务之RCLPY实现
• 7.ROS2接口介绍
• 8.自定义接口RCLCPP实战
• 9.自定义接口RCLPY实战

进阶篇-中间件进阶

• 1.原始数据类型与包装类型
• 2.通信质量Qos配置指南
• 3.DDS进阶之Fast-DDS环境搭建
• 4.使用DDS进行订阅发布

第4章 ROS2通信之参数与动作

基础篇-控制概述

• 1.开环控制与闭环控制

入门篇-参数与动作

• 1.参数（Param）通信
• 2.参数之RCLCPP实现
• 3.参数之RCLPY实现
• 4.动作（Action）通信与自定义接口
• 5.动作之CPP实现
• 6.动作之RCLPY实现
• 7.通信机制对比总结

进阶篇-原理进阶

• 1.ROS参数通信原理介绍
• 3.生命周期节点

[第5章 ROS2常用工具]

入门篇-参数与动作

• 1. 启动管理工具-Launch
• 2.ROS2命令行工具
• 3.数据可视化工具-RVIZ
• 4.常用调试小工具-RQT
• 5.数据录播工具-rosbag2
• 6.兼容仿真工具-Gazebo

（二）机器人学篇

第 6 章 运动学基础

基础篇-数学基础

• 1.矩阵与矩阵运算
• 2.MiniConda与Jupyter介绍安装
• 3.矩阵运算实战

入门篇-机器人运动学

• 1.空间坐标描述
• 2.空间坐标描述实战
• 3.姿态的不同表示
• 4.姿态转换实战
• 5.齐次坐标变换
• 6.齐次坐标变换实战
• 7. 机器人运动学介绍

第 7章 ROS运动学

入门篇-机器人运动学

• 1.tf2介绍
• 2.学会使用RVIZ2-TF组件
• 3.坐标变换发布监听Python实现
• 4.坐标变换发布监听C++实现

（三）建模仿真篇

第 8 章 机器人建模

入门篇-机器人建模

• 1.URDF统一机器人建模语言
• 2.RVIZ2可视化URDF模型
• 3.创建一个两轮差速模型
• 4.通过JointStates控制RVIZ2关节

第 9章 机器人仿真

入门篇-机器人运动学

• 1.机器人仿真介绍
• 2.为机器人URDF模型注入物理属性
• 3.在Gazebo加载机器人模型
• 4.Gazebo仿真插件之两轮差速
• 5.Gazebo仿真插件之IMU
• 6.Gazebo仿真插件之激光雷达
• 7.Gazebo仿真环境搭建

进阶篇

• 1.Gazebo仿真插件之超声波

（四）Nav2导航篇

第 10 章 SLAM建图

基础篇-图像基础

• 1.图像常见格式及存储
• 2.栅格地图介绍

入门篇-SLAM建图

• 1.SLAM前世今生
• 2.Carto介绍及安装
• 3.配置FishBot进行建图

进阶篇-Carto与地图

• 1.ROS2地图加载与编辑

第 11章 Nav2导航仿真实战

入门篇-Nav2导航入门

• 1.Nav2导航框架介绍与安装
• 2.为FishBot配置Nav2
• 3.使用FishBot进行自主导航
• 4.使用Nav2导航API进行导航

（五）ROS2硬件控制篇

第 13 章 嵌入式开发之点灯开始

基础篇-嵌入式开发介绍与环境搭建

• 1.什么是单片机MCU
• 2.单片机开发平台
• 3.搭建PlateFormIO开发环境
• 4.PIO工程结构&构建方式
• 5.第一个HelloWorld工程
• 6.串口通信-接收实验

入门篇-从点灯开始学起

• 1.点灯基础-看懂LED驱动电路
• 2.完成点灯-学会GPIO输出
• 3.完成点灯-学会GPIO输入
• 4.电池电压测量-学会使用ADC

进阶篇-学会使用第三方库

• 1.学会安装第三方开源库
• 2.使用开源库驱动IMU
• 3.学会面向对象编程-封装IMU驱动
• 4.使用开源库驱动OLED
• 5.通讯协议小课堂-I2C通信
• 6.I2C通信实验-点亮OLED

第 14章 接入ROS2-MicroROS

基础篇-第一个MicroROS节点

• 1.MicroROS介绍与服务安装
• 2.你的第一个MicroROS节点

入门篇-在嵌入式平台实现话题与服务通信

• 1.话题订阅-控制LED
• 2.话题发布-上传电量信息
• 3.服务实现-两数相加

进阶篇-MicroROS原理与使用进阶

• 1.控制OLED-自定义消息接口
• 2.做个时钟-系统时间同步
• 3.无线通讯-了解传输原理
• 4.榨干性能-使用双核进行MicroROS

第 15章 ROS2硬件实战（自制建议雷达）

• 1.简易雷达原理介绍
• 2.使用超声波测量距离
• 3.使用pwm控制舵机角度
• 4.实现循环扫描测量
• 5.ROS雷达消息合成与分布

（六）FishBot移动机器人开发篇

第 16 章 移动机器人控制系统搭建

• 1.移动机器人底盘结构介绍
• 2.从H桥说起-电机驱动原理介绍
• 3.电机控制之正反转实验
• 4.电机控制之速度控制实验
• 5.电机控制之使用开源库驱动多路电机
• 6.做个遥控车-订阅ROS2 Twist
• 7.从编码器说起-速度测量原理介绍
• 8.脉冲测量与校准实验
• 9.速度转换-机器人最大速度测量
• 10.控制速度-PID控制器实现
• 11.两轮差速机器人运动学介绍
• 12. 实时速度计算-运动学正解
• 13.目标速度控制-运动学逆解
• 14.里程计计算-速度积分
• 15.采用MicroROS发布里程计
• 16.项目总结与扩展
• 17.拓展-源码编译Agent

第 17章 FishBot建图与导航实现

FishBot建图实现

• 1.可视化雷达点云-学会驱动雷达
• 2.建图前准备1-了解ROS标准REP105
• 3.建图前准备2-发布odom的TF
• 4.建图前准备3-准备URDF
• 5.使用SLAM_TOOLBOX完成建图
• 6.地图保存与编辑

FishBot导航实现

• 1.Nav2介绍与安装
• 2.配置Navigation2参数
• 3.编写Launch并启动导航
• 4.进行单点与路点导航

第 18章 移动机器人导航进阶

• 1.使用API进行导航