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随着智能技术的快速发展，机器人技术已成为推动社会进步的重要力量。在工业自动化、物流配送、医疗服务、教育辅助等领域，机器人应用日益广泛。ROS（Robot Operating System）作为机器人开发的标准化框架，为机器人从感知到决策、执行提供了强大的具。ROS2作为ROS的下一代版本，不仅延续了传统的功能，还引入了更高效的架构，支持多种开发语言和操作系统。本书以ROS2为核心工具，结合机器人开发的实践性和前沿技术，为学生提供一套完整的学习路径。通过理论与实践相结合的教学方式，帮助学生掌握机器人编程与开发的关键技能。本书分为7章，主要介绍ROS2基本情况及使用、ROS2程序编写、ROS2机器人基本控制、ROS2机器人视觉、ROS2机器人激光雷达地图构建、ROS2多关节机器人运动控制及规划、ROS2多关节机器人系统搭建等。本书理论与实践相结合，采用模块化设计，内容以项目为导向，配套实验与案例分析，同时注重项目化学习。本书配有PPT、源代码、习题解答等资源，读者可登录华信教育资源网免费下载。本书适合人工智能、计算机科学与技术、机器人工程、电子信息工程等专业教学使用，也可供ROS技术爱好者使用。

第1章  ROS2基本情况及使用	1
1.1  ROS2简介与开发环境搭建	1
1.1.1  ROS2简介	1
1.1.2  ROS2开发环境搭建	6
1.2  ROS2体系架构及简单使用	12
1.2.1  ROS2与ROS1的区别	12
1.2.2  ROS2的架构	12
1.2.3  使用turtlesim及rqt	13
1.3  ROS2计算图介绍	16
1.3.1  节点	16
1.3.2  主题	18
1.3.3  服务	20
1.3.4  参数	24
1.3.5  消息记录包	26
1.4  ROS2基本工具与使用	27
1.4.1  vi的基本使用	27
1.4.2  SSH访问及基本配置	28
1.4.3  RViz2介绍与使用	30
第2章  ROS2程序编写	35
2.1  创建ROS2工作区	35
2.2  创建ROS2功能包	36
2.2.1  功能包概述	36
2.2.2  ROS2功能包的组成	36
2.2.3  创建功能包	37
2.3  编写一个简单的发布服务器和订阅服务器（C++）	38
2.3.1  创建包	38
2.3.2  写入发布节点	38
2.3.3  检查代码	39
2.3.4  添加依赖项	40
2.3.5  写入订阅节点	41
2.4  编写一个简单的发布者和订阅者（Python）	43
2.4.1  发布者节点	43
2.4.2  订阅者节点	45
2.5  编写简单的服务端和客户端（C++）	48
2.5.1  服务端	48
2.5.2  客户端	50
2.6  编写简单的服务端和客户端（Python）	53
2.6.1  服务端	53
2.6.2  客户端	54
2.7  创建自定义消息	56
2.7.1  写一个简单的发布器	56
2.7.2  写一个简单的订阅器	57
第3章  ROS2机器人基本控制	59
3.1  ROS2机器人移动控制	59
3.2  ROS2机器人IMU自动校正	61
3.3  ROS2机器人角速度及线速度校正	64
3.3.1  角速度校正	64
3.3.2  线速度校正	66
3.4  ROS2机器人PID动态调试	68
第4章  ROS2机器人视觉	71
4.1  ROS2机器人opencv_apps图形处理	71
4.1.1  边缘检测	71
4.1.2  哈夫变换	75
4.1.3  霍夫变换	76
4.1.4  凸包检测	78
4.1.5  椭圆形检测	79
4.1.6  人脸检测	80
4.1.7  特征分析	82
4.1.8  颜色块追踪	83
4.1.9  光流检测	84
4.1.10  区域分割	88
4.1.11  颜色特征空间	90
4.2  ROS2机器人视觉颜色及形状识别	91
4.3  ROS2机器人视觉条形码及二维码识别	93
4.4  ROS2机器人视觉文本及数字识别	95
4.5  ROS2机器人视觉巡线	97
第5章  ROS2机器人激光雷达地图构建	99
5.1  ROS2机器人激光雷达SLAM建图与导航	99
5.1.1  建图原理	99
5.1.2  Gmapping建图	101
5.1.3  ROS2机器人Gmapping建图具体步骤	103
5.2  ROS2机器人雷达跟随	106
5.3  ROS2机器人SLAM激光导航	109
5.3.1  导航的基本原理	109
5.3.2  SLAM与导航系统构架	111
5.3.3  ROS2机器人导航具体步骤	112
5.4  ROS2机器人多点导航	113
第6章  ROS2多关节机器人运动控制及规划	116
6.1  ROS2多关节机器人运动控制概述	116
6.1.1  机器人运动规划概述	117
6.1.2  机器人运动规划和轨迹规划的区别	118
6.2  ROS2机器人MoveIt2包介绍	118
6.2.1  ROS2 MoveIt2用户接口	119
6.2.2  ROS2 MoveIt2参数配置	119
6.2.3  ROS2 MoveIt2机器人接口	120
6.2.4  ROS2 MoveIt2运动规划实现	121
6.2.5  ROS2 MoveIt2包配置与使用	122
6.3  ROS2机器人运动规划库	124
6.3.1  运动规划库概述	124
6.3.2  MoveIt运动规划编程用例	125
6.3.3  规划接口定义	126
6.3.4  OMPL接口分析	126
第7章  ROS2多关节机器人系统搭建	128
7.1  ROS2实时化	128
7.1.1  混合实时ROS2体系结构RGMP-ROS2	128
7.1.2  案例分析	130
7.1.3  结合OROCOS的实时性实现	132
7.2  遗产代码的ROS2集成	132
7.2.1  ROS2link简介	133
7.2.2  ROS2link实现概述	133
7.2.3  ROS2link设计原理	134
7.3  ROS2-Industrial系统	137
7.3.1  ROS2-Industrial系统简介	137
7.3.2  ROS2-Industrial项目	137
7.3.3  ROS2-Industrial驱动设计规范	143

作为人工智能的重要部分，机器人技术已成为智能化发展的重要支柱，涵盖工业自动化、物流配送、医疗服务、教育辅助等多个领域。随着机器人技术的不断进步，其在社会中的应用场景越来越丰富，对相关专业人才的需求也日益增加。
ROS作为一种开源的机器人操作系统，已成为机器人开发领域的标准工具。其灵活性、可扩展性和广泛的应用支持，使得掌握ROS技术成为当前机器人专业人才的必备技能。
ROS2作为ROS的下一代版本，引入了更高效的架构、支持多语言编程（如Python、C++、JavaScript）以及增强的实时性和可靠性。随着工业和学术领域对机器人系统的要求日益提高，尤其是复杂场景下的感知与决策能力需求，ROS2技术的学习和应用变得更加重要。
高校在课程设置中，通常会选择一两门具有代表性的核心课程来培养学生专业技能。"ROS机器人编程与开发"作为一门紧密结合实际技术的课程，可以作为高校必修或选修课程之一，以满足学生对实践性、应用性课程的需求。 
本书共分7章，第1章为ROS2基本情况及使用，包括ROS2简介与开发环境搭建、ROS2体系架构及简单使用、ROS2计算图介绍、ROS2基本工具与使用等内容；第2章为ROS2程序编写，包括创建ROS2工作区、创建ROS2功能包、编写简单的发布服务器和订阅服务器（C++）、编写简单的发布者和订阅者（Python）、编写简单的服务端和客户端（C++/Python）等；第3章为ROS2机器人基本控制，包括ROS2机器人移动控制、IMU自动校正、角速度及线速度校正、PID动态调试等；第4章为ROS2机器人视觉，包括ROS2机器人opencv_apps图形处理、视觉颜色及形状识别、条形码及二维码识别、文本及数字识别、视觉巡线等；第5章为ROS2机器人激光雷达地图构建，包括ROS2机器人激光雷达SLAM建图与导航、雷达跟随、SLAM激光导航、多点导航等；第6章为ROS2多关节机器人运动控制及规划，包括ROS2多关节机器人运动控制概述、ROS2机器人MoveIt2包介绍、ROS2机器人运动规划库等；第7章为ROS2多关节机器人系统搭建，包括ROS2实时化、遗产代码的ROS2集成、ROS2-Industial系统等。
本书理论与实践相结合，教材内容紧密结合ROS2的实际应用，通过具体案例和项目帮助学生理解机器人编程与开发的核心逻辑。采用模块化设计，内容按照机器人系统的功能模块进行划分，便于教学和学习，学生可以根据自身兴趣或进度选择性地深入学习特定内容。配套实验与案例分析，提供了丰富的学习资料和代码示例，帮助学生在实际操作中掌握机器人开发技能。通过实验项目（如小型机器人导航、视觉识别等），学生可以将理论知识转化为实践能力。多平台支持，ROS2支持跨平台开发，本教材重点介绍Python和C++编程方法，同时涵盖ROS2的官方工具和框架，确保学生能够快速上手并进行实际开发。注重项目化学习，教材内容以项目为导向，帮助学生从简单的机器人控制到复杂的多关节机器人系统开发，培养学生的团队协作能力和解决实际问题的能力。
本书作为教材使用时，建议按照48学时的教学课时分配，其中第1章6学时，第2章8学时，第3章4学时，第4章12学时，第5章8学时，第6章6学时，第7章4学时。本书配有PPT、源代码、习题解答等资源，读者可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。
本书的编写团队由高校教师、资深专家和企业人员组成。本书的出版要感谢国家自然科学基金的资助与支持，感谢湖南科瑞特科技有限公司提供技术与项目案例支持。由于时间有限，本书难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。

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