改訂新版 ROS 2ではじめよう 次世代ロボットプログラミング〜ロボットアプリケーション開発のための基礎から実践まで

第2版に寄せて

はじめに

第1章
ROS の歴史
1-1 ROSの起源
1-2 OSRFからOSRAへ
1-3 ROS 2の誕生
1-4 ROS 1とROS 2の違い
1-4-1 ロボットの同時利用数
1-4-2 計算資源
1-4-3 リアルタイム制御
1-4-4 ネットワーク品質
1-4-5 プログラミング形式
1-4-6 アプリケーション
1-5 内部アーキテクチャの変化
1-5-1 ROS 1の内部アーキテクチャ
1-5-2 ROS 2の内部アーキテクチャ
1-5-3 rcl：クライアントライブラリAPI
1-5-4 rmw：通信ミドルウェアAPI
1-6 Data Distribution Service（DDS）
1-6-1 なぜDDSになったか？
1-6-2 DDSとは何か？
1-6-3 ベンダーとライセンス
1-6-4 DDSのインタフェース記述言語
1-6-5 DDSの通信プロトコルRTPS（Real-Time Publish-Subscribe）
1-7 DDS以外の通信プロトコルの選択肢Zenoh
1-8 ROS 1からROS 2への移行状況

第2章 開発環境セットアップ
2-1 Ubuntu 24.04 のインストール
2-1-1 その他のOSへのインストール
2-2 ROS 2 のインストール
2-2-1 ROS 2ディストリビューションの選択
2-2-2 ロケールのセットアップ
2-2-3 Ubuntu Universeリポジトリの有効化
2-2-4 APTソースリストの設定
2-2-5 ROS 2パッケージのインストール
2-2-6 環境設定
2-2-7 動作確認
2-3 サンプルコードのセットアップ

第3章 ROS 2 の基本機能
3-1 基本機能で学ぶこと
3-2 ROS 2フロントエンドツールros2
3-2-1 ros2の使い方
3-2-2 ros2サブコマンドの実行例
3-2-3 ノード発見デーモン
3-3 ROS 2パッケージビルドツールcolcon
3-3-1 colconの使い方
3-3-2 colconオプション機能の便利ショートカット集 colcon mixin
3-3-3 その他のROS 2公式ツール
3-4 トピック
3-4-1 プロセス間通信
3-4-2 プロセス内通信
3-4-3 コンピュータ間通信
3-5 サービス
3-5-1 サーバ実装
3-5-2 同期／非同期クライアント実装
3-6 アクション
3-6-1 アクションの定義ファイルと名前空間
3-6-2 フィボナッチ数列のアクション実装
3-7 パラメータ
3-7-1 パラメータ取得・設定メソッド
3-7-2 パラメータ設定イベントのコールバック
3-7-3 generate_prameter_libraryを使ったパラメータ宣言、取得、検証

第4章 ROS 2の応用機能
4-1 応用機能で学ぶこと
4-2 コンポーネント指向プログラミング
4-2-1 コンポーネント対応版talkerの実装
4-2-2 コンポーネント対応版listenerの実装
4-2-3 package.xmlとCMakeLists.txtの更新
4-2-4 コンポーネントの動的読み込み
4-2-5 コンポーネントの解放
4-3 Launchシステム
4-3-1 talker / listenerノードのlaunchファイル
4-3-2 パラメータを使うlaunchファイル
4-3-3 パラメータファイルを使うlaunchファイル
4-3-4 XML形式のlaunchファイル
4-4 ライフサイクル
4-4-1 ライフサイクルの状態遷移
4-4-2 主要状態
4-4-3 中間状態
4-4-4 ライフサイクル対応talker実装
4-4-5 ライフサイクル対応listener実装
4-4-6 外部ノードからのライフサイクル制御
4-4-7 動作確認
4-5 Quality of Service（QoS)
4-5-1 QoSポリシー
4-5-2 QoSプロファイル
4-5-3 QoS互換性
4-5-4 通常環境下でのトピック送受信例
4-5-5 パケットロス環境下でのトピック送受信例
4-6 RMW実装の変更
4-6-1 RTI製Connextのインストール
4-6-2 ノード実行時のDDSベンダー実装の変更
4-7 セキュリティ
4-7-1 ノードの認証
4-7-2 アクセス制御
4-7-3 コンピュータ間のアクセス制御

第5章 Pythonクライアントライブラリrclpy
5-1 ROS 2 のクライアントライブラリ
5-1-1 C++以外のクライアントライブラリ
5-2 パッケージ構成
5-2-1 setup.pyの書き方
5-2-2 メッセージ、サービス、アクション定義ファイルの格納場所
5-3 トピック実装
5-3-1 コンポーネント実行
5-4 サービス実装
5-5 アクション実装

第6章 ROS 2に対応したツール／パッケージ
6-1 ROS 2への移行完了
6-2 データ記録・再生ツールrosbag2
6-2-1 トピック、サービスの記録
6-2-2 bagファイルの再生
6-3 データ可視化ツールRViz2
6-4 ナビゲーションパッケージNav2
6-5 動作計画パッケージMoveIt
6-6 ロボット制御パッケージros2_control
6-6-1 ROBOTIS DYNAMIXELサーボモータのros2_control対応

第7章 ROS 2エコシステム
7-1 広がるROS 2 のエコシステム
7-2 ロボットシミュレータGazebo
7-3 フリート管理ソフトウェアOpen-RMF
7-4 ROS 2 Webアプリケーション作成のためのRobot Web Tools
7-4-1 WebSocketブリッジサーバーrosbridge_suite
7-4-2 JavaScriptクライアントライブラリroslibjs
7-4-3 ブラウザ可視化ツールROSBoard
7-5 組み込み向けROS 2実装mROS 2
7-6 自動運転ソフトウェアAutoware
7-7 GPUアクセラレーションNVIDIA Isaac ROS
7-7-1 DNN Inference Nodes
7-7-2 Isaac ROS Visual SLAM
7-7-3 Isaac ROS Nvblox

第8章 実践ROS 2ロボットプログラミング
8-1 センサーとロボットを使ったROS 2プログラミング
8-2 Intel RealSense D455を使ったOpenCV/PCLプログラミング
8-2-1 Intel RealSense D455のセットアップ
8-2-2 OpenCVとcv_bridgeを使った顔画像検出
8-2-3 PCLとpcl_conversionsを使った点群サンプリング
8-3 Preferred Robotics カチャカを使ったNav2ナビゲーション
8-3-1 カチャカROS 2ブリッジ
8-3-2 kachaka_grpc_ros2_bridgeの起動
8-3-3 カチャカを使ったNav2ナビゲーション
8-4 ROBOTIS OpenMANIPULATOR-Xを使ったMoveItマニピュレーション
8-4-1 MoveItセットアップアシスタントによるMoveIt構成ファイルの自動生成
8-4-2 MoveItマニピュレーションの実行

おわりに

付録
A-1 Windows 11とWSL 2での開発環境セットアップ
A-2 Dockerコンテナでの開発環境セットアップ
A-2-1 Dockerのインストール
A-2-2 ROS 2イメージのダウンロード
A-2-3 動作確認
A-2-4 rockerを使ったGUIサポート
A-3 サンプルコードのライセンス条項
A-3-1 3章のサンプルコードのライセンス条項
A-3-2 4章のサンプルコードのライセンス条項
A-3-3 5章のサンプルコードのライセンス条項

索引