书籍摘要

《Programming Robots with ROS》是由 Morgan Quigley, Brian Gerkey 和 William D. Smart 联合撰写的一本关于机器人编程的书籍，由 O'Reilly Media 出版。该书于 2015 年 12 月首次出版，是 ROS（Robot Operating System）领域的重要参考资料。本书旨在帮助读者快速上手 ROS，并通过实际案例和代码示例，深入理解如何使用 ROS 编程来控制机器人。

书籍背景

ROS 是一个用于编写机器人软件的开源框架，旨在为机器人开发者提供一个通用的软件平台。通过 ROS，开发者可以共享代码和想法，而无需从头开始编写所有软件基础设施。ROS 的成功在于其强大的社区支持和丰富的软件包，涵盖了从硬件驱动到高级算法的各个方面。本书的编写目的是帮助读者节省时间，专注于机器人编程的核心部分，而不是底层实现细节。

适用人群

本书适合那些希望快速上手 ROS 并希望在实际项目中应用 ROS 的开发者。如果你对机器人编程感兴趣，并且希望了解如何使用 ROS 来控制机器人，那么这本书是一个很好的起点。本书不要求读者具备深厚的机器人学背景知识，但具备一定的编程基础（尤其是 Python）和对 Linux 系统的基本了解将有助于更好地理解书中的内容。

内容概述

第一部分：ROS 基础

本书的第一部分介绍了 ROS 的基本概念和架构。通过一个“取物”任务的案例，作者展示了 ROS 系统的分布式特性，以及如何通过消息传递来实现复杂的机器人行为。书中详细解释了 ROS 的核心组件，包括节点、话题、服务、动作和参数服务器。此外，还介绍了如何在 Ubuntu 系统上安装和配置 ROS，以及如何使用 ROS 的基本工具进行开发和调试。

第二部分：ROS 编程基础

第二部分深入讲解了 ROS 编程的基础知识，包括如何编写节点、发布和订阅话题、定义和使用消息类型等。通过具体的代码示例，作者展示了如何使用 Python 语言编写 ROS 节点，并解释了如何通过 ROS 的消息系统实现节点之间的通信。此外，书中还介绍了如何使用 ROS 的参数服务器来管理配置数据，以及如何使用 ROS 的调试工具来排查问题。

第三部分：机器人编程实践

第三部分通过一系列实际案例，展示了如何使用 ROS 来控制机器人。这些案例包括如何编写一个简单的“漫游机器人”（Wander-bot），如何通过键盘远程控制机器人（Teleop-bot），以及如何实现机器人在环境中的自主导航。作者详细介绍了如何使用 ROS 的导航栈（navigation stack）来实现机器人的路径规划和避障，以及如何使用传感器数据来增强机器人的感知能力。

第四部分：机器人感知与行为

第四部分介绍了如何为机器人添加感知能力，包括如何使用摄像头进行图像处理和目标跟踪，以及如何使用深度传感器进行环境建模。作者通过具体的代码示例，展示了如何使用 OpenCV 和 ROS 的图像处理工具来实现这些功能。此外，书中还介绍了如何使用 ROS 的状态机（smach）来实现复杂的机器人行为，例如在仓库中巡逻和执行任务。

第五部分：自定义机器人与硬件集成

第五部分讲解了如何将自定义的硬件和软件集成到 ROS 中。作者通过一个名为“TortoiseBot”的机器人项目，展示了如何从零开始建模、仿真和控制一个机器人。书中详细介绍了如何使用 URDF（Unified Robot Description Format）来描述机器人的物理结构，如何在 Gazebo 中进行仿真，以及如何编写驱动程序来控制机器人的硬件。此外，书中还介绍了如何将新的传感器和执行器集成到 ROS 中，并使用 ROS 的工具进行测试和调试。

书籍特色

本书的一大特色是其丰富的代码示例和实际案例。通过这些示例，读者可以快速上手 ROS，并在实际项目中应用所学知识。此外，书中还提供了大量的调试技巧和最佳实践，帮助读者避免常见的陷阱和错误。作者在书中强调了 ROS 的模块化和可重用性，鼓励读者在开发过程中充分利用现有的工具和库。

总结

《Programming Robots with ROS》是一本全面而实用的 ROS 编程指南。无论是初学者还是有经验的开发者，都可以从本书中获得有价值的信息和启发。通过阅读本书，读者将能够快速掌握 ROS 的核心概念和编程技巧，并在实际项目中应用这些知识。本书不仅是一本学习 ROS 的教材，更是一本值得反复阅读和参考的工具书。