Preface　　前　言
2011年年底，筆者第一次接觸ROS。當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)師兄在學(xué)術(shù)會(huì)議上聽說了ROS并意識(shí)到它的前景廣闊，考慮到筆者當(dāng)時(shí)的研究方向，于是建議筆者進(jìn)行研究。那時(shí)國(guó)內(nèi)外ROS的學(xué)習(xí)環(huán)境比較艱苦，幾乎只有Wiki的基礎(chǔ)教程（也沒有現(xiàn)在這么完善）。所以一開始，筆者的內(nèi)心是拒絕的，但還是硬著頭皮開始鉆研。雖然從拒絕到接受、從未知到熟悉，筆者經(jīng)歷了前所未有的磨難，但同時(shí)也收獲了前所未有的喜悅。
在這個(gè)過程中，筆者也常常思考：ROS前景無限，但是國(guó)內(nèi)還鮮有人知，即使有人知道，也會(huì)被困難嚇倒。既然筆者經(jīng)歷過，何不總結(jié)一下，讓其他人少走彎路。于是，筆者整理了自己學(xué)習(xí)過程中的一些資料和心得，在CSDN上以博客的形式發(fā)表，最終形成《ROS探索總結(jié)》系列博文，再后來轉(zhuǎn)移到個(gè)人網(wǎng)站——古月居，至今仍保持更新。
2017年11月，ROS十周歲了！在走過的第一個(gè)十年里，ROS從蹣跚學(xué)步的孩童成長(zhǎng)為機(jī)器人領(lǐng)域的巨人，再華麗蛻變出ROS 2。如今，大多數(shù)知名機(jī)器人平臺(tái)和機(jī)器人公司都支持ROS，越來越多的機(jī)器人開發(fā)者也選擇ROS作為開發(fā)框架。ROS已經(jīng)逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，并將逐步從研發(fā)走向市場(chǎng)，助力機(jī)器人與人工智能的快速發(fā)展。
ROS的重要精神是分享，這也是開源軟件的精神，所以才能看到如此活躍的ROS社區(qū)和眾多軟件功能包的源碼，并且可以在此基礎(chǔ)上快速完成二次開發(fā)。為了促進(jìn)ROS在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有很多人及組織在積極推廣ROS，比如ROS星火計(jì)劃、ROS暑期學(xué)校，以及網(wǎng)上各種各樣的技術(shù)分享等，相信未來這個(gè)隊(duì)伍會(huì)更加龐大。
本書以《ROS探索總結(jié)》系列博文為基礎(chǔ)，重新整理了ROS相關(guān)基礎(chǔ)要點(diǎn)，讓讀者能夠迅速熟悉ROS的整體框架和設(shè)計(jì)原理；在此基礎(chǔ)上，本書以實(shí)踐為重心，講解大量機(jī)器視覺、機(jī)器語音、機(jī)械臂控制、SLAM和導(dǎo)航、機(jī)器學(xué)習(xí)等多方面ROS應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)原理和方法，并且翻譯了眾多ROS中的圖表、內(nèi)容，幫助讀者在實(shí)現(xiàn)ROS基礎(chǔ)功能的同時(shí)深入理解基于ROS的機(jī)器人開發(fā)，將書中的內(nèi)容用于實(shí)踐。
本書共有14章，可以分為五個(gè)部分。
第一部分是ROS基礎(chǔ)（第1～4章），幫助了解ROS框架，并且熟悉ROS中的關(guān)鍵概念以及實(shí)現(xiàn)方法。這部分的內(nèi)容適合初學(xué)者，也適合作為有一定經(jīng)驗(yàn)或者資深開發(fā)者的參考手冊(cè)。
第二部分介紹如何搭建真實(shí)或仿真的機(jī)器人平臺(tái)（第5~6章），幫助了解機(jī)器人系統(tǒng)的概念和組成，學(xué)習(xí)如何使用ROS實(shí)現(xiàn)機(jī)器人仿真，為后續(xù)的機(jī)器人實(shí)踐做好準(zhǔn)備。這部分的內(nèi)容適合希望自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、開發(fā)一個(gè)完整機(jī)器人平臺(tái)的讀者。
第三部分介紹ROS中常用功能包的使用方法（第7~10章），涉及機(jī)器視覺、機(jī)器語音、機(jī)械臂控制、SLAM和導(dǎo)航等多個(gè)機(jī)器人研究領(lǐng)域。這部分的內(nèi)容適合學(xué)習(xí)ROS基礎(chǔ)后希望實(shí)踐的開發(fā)者，以及從事相關(guān)領(lǐng)域的機(jī)器人開發(fā)者。
第四部分是ROS的進(jìn)階內(nèi)容（第11~13章），介紹了ROS的進(jìn)階功能、ROS與機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合、搭載ROS的機(jī)器人平臺(tái)。這部分的內(nèi)容適合已經(jīng)對(duì)ROS基礎(chǔ)和應(yīng)用有一定了解的讀者。
第五部分介紹了新一代ROS——ROS 2（第14章），涉及ROS 2的架構(gòu)、原理和使用方法。這部分的內(nèi)容適合對(duì)ROS有一定了解，希望了解ROS 2、想要跟上ROS進(jìn)化步伐的開發(fā)者。
因此，本書不僅適合希望了解、學(xué)習(xí)、應(yīng)用ROS的機(jī)器人初學(xué)者，也適合有一定經(jīng)驗(yàn)的機(jī)器人開發(fā)人員，同時(shí)也可以作為資深機(jī)器人開發(fā)者的參考手冊(cè)。
書中的部分源代碼來自社區(qū)中的ROS功能包，但是筆者在學(xué)習(xí)過程中對(duì)這些代碼進(jìn)行了大量修改，并且為大部分源代碼加入了中文注釋，以方便國(guó)內(nèi)ROS初學(xué)者理解。這些代碼涉及的編程語言不局限于C++或Python中的某一種，編程語言應(yīng)該服務(wù)于具體場(chǎng)景，所以建議讀者對(duì)這兩種語言都有所了解，在不同的應(yīng)用中發(fā)揮每種語言的優(yōu)勢(shì)。關(guān)于是否需要一款實(shí)物機(jī)器人作為學(xué)習(xí)平臺(tái)，本書并沒有特別要求，書中絕大部分功能和源碼都可以在單獨(dú)的計(jì)算機(jī)或仿真平臺(tái)中運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)介紹實(shí)物機(jī)器人平臺(tái)的搭建方法并且在實(shí)物機(jī)器人上完成相應(yīng)的功能。所以只需要擁有一臺(tái)運(yùn)行Ubuntu系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，具備Linux工具的基本知識(shí)，了解C++和Python的編程方法，即可使用本書。
此外，本書創(chuàng)作過程中參考了眾多已經(jīng)出版的ROS原著、譯著，筆者也將這些內(nèi)容作為參考資料列出，并向這些著作的作者和譯者致敬，希望讀者在學(xué)習(xí)ROS的過程中，可以從這些著作中獲取更多知識(shí)：
《Mastering ROS for Robotics Programming》，Lentin Joseph《ROS By Example》（Volume 1/Volume 2），Patrick Goebel《Programming Robots with ROS:A Practical Introduction to the Robot Operating System》， Morgan Quigley, Brian Gerkey & William D. Smart《Learning ROS for Robotics Programming》，Aaron Martinez，Enrique Fernández《A Gentle Introduction to ROS》，Jason M. O’Kane《ROS Robotics Projects》，Lentin Joseph《Effective Robotics Programming with ROS》，Anil Mahtani，Luis Sanchez在ROS探索實(shí)踐與本書的創(chuàng)作過程中，離不開眾多“貴人”的幫助。