《ROS2源代码分析与工程应用》系统介绍ROS2.0结构标准、接口、通信模块，分析ROS2.0 的Ament、eProsima、ros、ros2等部分源代码， 介绍ROS2.0工具包，并 从源代码的层面讲解如何基于ROS2.0实现机械臂运动学正解、逆解，机械臂无碰撞运动学逆解，机器人状态和轨迹可视化，机械臂的驱动开发。
《ROS2源代码分析与工程应用》从源代码层面深入解析ROS2，并对常用的工具库及操控机器人的常用模块进行了系统介绍。全书从基础的ROS2知识进阶到高级的ROS2应用编程技术，并且基于JuLab系列机器人，介绍了ROS及ROS2在具体应用场景的功能和相应代码。
前言
ROS是开源的机器人操作系统软件平台，是机器人技术和人工智能技术的一个令人兴奋的结合点。2007年前后，ROS起源于美国斯坦福大学人工智能实验室与Willow Garage公司的项目合作； 2013年，ROS的开发和维护工作被移交给了开源机器人基金会（Open Source Robotics Foundation）。十余年来，ROS在国际学者的大力支持下迅速发展。随着机器人与人工智能热潮的到来，基于ROS的开发与应用近几年在我国也开展得如火如荼。
ROS的主要目标是为不同类型的机器人提供基础中间件和应用软件，降低机器人的开发和应用难度，避免重复开发。ROS定义抽象层，允许软件被多种机器人重用。然而，现有ROS在设计软件框架时未预料到会如此受欢迎，其已有的架构越来越难以满足众多新用途和潜在的市场需求。例如，在ROS的masterslave架构下，当master节点发生问题时，将产生系统通信中断的严重后果，不适合多机器人协作的应用场景。现有ROS的另一个重要瓶颈是实时性能差，难以应用于对实时性能要求很高的领域。例如，运行于复杂动态环境中的高机动移动机器人、高速运行的流水线作业机器人等，要求机器人以极快的速度对指令进行响应，以极高的可靠性完成任务。
为了解决ROS的诸多不足，设计新的软件框架以满足目前及未来市场需求势在必行，ROS2也因此应运而生。在ROS2开发过程中，对原ROS框架进行了重大改进。为了满足多机器人协同工作的高可靠、实时性要求，ROS2摒弃了原来的masterslave架构，使用更加先进的分布式架构，采用了数据分发服务(DDS)技术，节点可以分布于不同主机，可以互为服务器/客户端，方便负载均衡，可降低中心节点失效导致slave节点通信失败的风险。更为重要的是，ROS2提供对实时操作系统和嵌入式设备的支持，使得实时控制可以直接在ROS2上运行，并支持节点间、进程间实时通信。ROS2的第一个正式版本Ardent Apalone于2017年12月8日发布，该版本并未完全脱离ROS，而是继承了ROS的众多优点，如接口与编程语言无关、驱动程序和算法可封装成独立的库、方便移植、支持多语言等。
作为国内机器人操作系统的积极应用者和推动者，研究团队一直关注ROS和ROS2的发展，并积极探索、改进和应用ROS及ROS2，开发了支持ROS和ROS2的JuLab系列机器人通用硬件平台。为了更好地与对ROS2感兴趣的相关人员分享开发与应用ROS2的成果和经验，更深入地展示ROS2的架构优势、运行模式以及应用方法，本书从源代码层面深入解析ROS2，并对常用工具库及操控机器人的常用模块进行了系统介绍。基于JuLab系列机器人，进行了具体应用场景的代码和功能介绍。
本书共包括6章。第1章介绍ROS2 Ardent版本、ROS2安装及环境配置、基本命令等。第2章分析ROS2 Ardent的总体框架，进行源代码概述，开展ament、FastCDR、FastRTPS、RMW、robot_model、RCL、RCLcpp等代码分析。第3章介绍ROS2常用工具库中的orocos_kinematics_dynamics、POCO、urdfdom、PCL以及MoveIt。第4章阐述SLAM导航及应用，通过ROS2发布里程计信息，基于JuLab1机器人完成SLAM开发。第5章介绍六轴机械臂轨迹规划，基于JuLab1机器人完成实例开发。第6章介绍OpenCV图像和视频基础，图像转换，机器人3D视觉技术等。本书的电子文档资源同步在www.airtros.com网站发布。本书深入浅出地分析了ROS2的核心功能，并结合了典型工程案例。书中实践案例部分以JuLab机器人为载体，该机器人助力哈尔滨工业大学计算机学院两支队伍夺得了2018年全国大学生物联网大赛总决赛一等奖和二等奖。
本书作者均为从事机器人、操作系统科研和教学工作的人员。第1章由丁亮、曲明成、夏科睿撰写，第2章由曲明成、张亚楠、刘鹏飞撰写，第3章由张亚楠、曲明成、夏科睿撰写，第4章由丁亮、夏科睿、郭龙撰写，第5章由曲明成、夏科睿、丁亮撰写，第6章由张亚楠、夏科睿撰写。全书由丁亮统稿，张亚楠组织编辑和校对。相关研究工作和本书的编著得到了哈工大机器人集团董事长王飞、高级副总裁于振中等领导的大力支持，郭龙、金马、王权、陈伟伟、蒋晨旭、彭超、侯旗、何婷婷、张韬庚、姬鹏鹏等参与了本书案例的开发和编写工作，清华大学出版社的编辑对本书出版给予了大力支持，在此表示衷心的感谢！
本书涉及的研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目（51822502）、安徽省科技重大专项项目、合肥市庐州产业创新团队项目、哈工大机器人（合肥）国际创新研究院立项项目等资助，在此表示感谢！
由于作者水平所限，书中难免存在不足之处，敬请各位读者批评指正。
作者2018年秋
丁亮(1980-)，男，汉族。哈尔滨工业大学机电工程学院/机器人技术与系统国家重点实验室教授、博导，哈工大机器人（合肥）国际创新研究院科研副院长。
先后主持国家青年自然科学基金青年、面上项目（青年面上连续资助），973项目子课题，黑龙江省博士后青年英才计划项目，中国博士后特别、面上资助，国家重点实验室自主研究课题，与中国空间技术研究院合作课题等。作为骨干参与国家973课题、863计划主题项目、探月工程二期/三期重大专项课题等。在IJRR、TIE等刊物发表学术论文120余篇，SCI论文近60篇；获得授权发明专利30余项。 成果应用于我国玉兔月球车、火星车、野外重载足式机器人等。获得国家技术发明二等奖(2011)、ISTVS S？hne-Hata- Jurecka Award（2017)、机械工程学会上银优秀博士论文佳作奖(2011)、黑龙江省技术发明一等奖(2009, 2013, 2015)、IEEE ARM国际会议最佳论文奖(2016)、国家开发银行科技创新奖教金(2016)、黑龙江高等教育学会优秀教育科研论文一等奖(2012)等。指导和协助指导的硕士和博士研究生4人获得国家奖学金，1人获得省
目录
第1章ROS2简介
1.1ROS2 Ardent Apalone概述
1.2ROS2安装及环境配置
1.2.1安装ROS2
1.2.2运行talker和listener
1.3ROS2的基本命令
1.3.1ROS2核心命令
1.3.2ROS与ROS2交互相关命令
第2章ROS2 Ardent框架及功能的源码分析
2.1ROS2 Ardent总体框架
2.2ROS2 Ardent源代码概述
2.3ament代码分析
2.3.1主要函数解析
2.3.2基于Google Mock的白盒测试
2.4FastCDR代码分析
2.5FastRTPS代码分析
2.5.1FastRTPS主要流程解析
2.5.2FastRTPS主要函数解析
2.6RMW代码分析
2.7robot_model及状态发布代码分析
2.7.1robot_model模块功能
2.7.2机器人状态发布
2.7.3ROS与ROS2的桥接
2.8RCL代码分析
2.9RCLcpp代码分析
第3章第三方工具库
3.1orocos_kinematics_dynamics库
3.2POCO库
3.3URDF
3.3.1URDF语法规范
3.3.2URDF创建机器人模型
3.4PCL库
3.4.1PCL架构
3.4.2PCL数据结构
3.4.3PCL基础
3.5MoveIt
第4章SLAM和导航
4.1SLAM导航简介
4.2GMapping
4.2.1用tf配置机器人
4.2.2发布里程计信息
4.3SLAM实例
4.3.1激光建图
4.3.2导航
4.3.3定位
第5章机械臂控制
5.1六轴机械臂轨迹规划
5.1.1关节空间的轨迹规划
5.1.2笛卡儿空间的轨迹规划
5.2描述机械臂
5.3机械臂实例开发
5.3.1仿真环境下实例开发
5.3.2实际环境下实例开发
第6章机器人视觉
6.1OpenCV图像、视频基础
6.1.1图像处理
6.1.2视频处理
6.1.3可移植的图形工具包HighGUI
6.2图像转换
6.3机器人3D视觉
6.3.1libfreenect2简介
6.3.2openni_camera简介
6.3.3openni_tracker简介
6.3.43D视觉设备使用实例
参考文献
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