ROS课程介绍

课程概述

本课程旨在帮助学生全面了解和掌握机器人操作系统（ROS）的基本原理和应用技术。通过理论与实践相结合的方式，学生将能够快速上手ROS，并在机器人开发中应用所学知识。课程内容涵盖ROS的基本概念、架构、通信机制、包管理、仿真与测试等多个方面，适合不同层次的学习者。

课程目标

• 了解ROS的起源、发展历程和基本概念。
• 掌握ROS的核心架构和通信机制。
• 学会创建和管理ROS包，编写和运行ROS节点。
• 熟悉常用的ROS工具和命令，如roscore、rosrun、roslaunch等。
• 学会使用Gazebo进行机器人仿真。
• 掌握ROS中的导航和运动控制功能。
• 学会使用OpenCV和PCL进行计算机视觉和3D感知。

第1章：ROS入门

ROS概述 Ubuntu系统安装 ROS环境搭建 虚拟机和Docker的使用

第2章：ROS架构及通信机制

ROS文件系统 计算图 节点 话题 服务 参数等概念 消息传输机制

第3章：可视化和调试工具

调试ROS节点 日志消息 检测系统状态 设置动态参数 roswtf 可视化节点诊断 绘制标量数据图 图像可视化 3D可视化 保存与回放数据 插件

第4章：3D建模与仿真

自定义机器人3D模型 创建URDF文件、xacro文件 使用Gazebo进行仿真

第5章：导航功能包入门

创建变换 发布传感器消息 里程数据信息 创建基础控制器 创建地图

第6章：导航功能包进阶

机器人配置 全局和局部代价地图 rviz详细配置 自适应蒙特卡洛定位 避障 目标发送

第7章：使用MoveIt！

机械臂 体系结构 简单运动规划 抓取放置任务

第8章：在ROS下使用传感器

使用游戏手柄 使用RGBD传感器

第9章：计算机视觉

ROS摄像头驱动 ROS与OpenCV库 标定摄像头 视觉里程计

第10章：点云

点云库 可视化点云 滤波和缩减采样 配准与匹配 点云分区

课程主要使用命令

1. 创建工作空间

• 新建文件夹并初始化工作空间：mkdir -p ~/dev/catkin_ws/src，cd ~/dev/catkin_ws/src，catkin_init_workspace。

• 编译工作空间：cd ..，catkin_make。

• 完成配置：source devel/setup.bash。

2. 创建与编译ROS功能包

• 使用catkin_create_pkg命令创建包：catkin_create_pkg package_name dependency1 dependency2。

• 编写节点代码并在src目录下保存。

• 修改CMakeLists.txt和package.xml文件，配置包的依赖和编译选项。

• 使用catkin_make或catkin build命令构建包。

3. 运行节点

• 使用rosrun命令运行节点：rosrun package_name node_name。
• 使用roslaunch命令运行多个节点及设置运行选项：roslaunch package_name launch_file.launch。

4. 发布和订阅话题

• 定义消息类型，创建发布者和订阅者对象。

• 发布者通过publish方法发送消息，订阅者通过回调函数处理接收到的消息。

5. 使用服务

• 创建srv文件定义服务类型。

• 编写服务端和客户端节点代码。

• 服务端通过advertiseService方法提供服务，客户端通过serviceClient调用服务。

6. 使用参数服务器

• 使用rosparam命令设置和获取参数。

• 在节点中通过ros::NodeHandle获取和设置参数。

7. 记录和回放数据

• 使用rosbag命令记录数据：rosbag record topic_name。

• 使用rosbag play命令回放数据：rosbag play bag_file.bag。

8. 使用Gazebo进行仿真

• 创建URDF文件描述机器人模型。

• 使用roslaunch命令启动Gazebo仿真环境：roslaunch package_name world.launch。

• 在仿真环境中控制机器人运动。

视频讲解

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