貴重なAutowareの解説書
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貴重なAutowareの解説書
Autowareではじめる自律移動技術入門
商品の説明
●人気のオープンソースソフトウェア「Autoware」で実践!
移動ロボットを開発するためには、ハードに関する知識はもちろん、自己位置推定、障害物検出、経路生成、経路追従といった自律移動技術に関する知識が欠かせません。本書は、これらの技術の原理から実装までを、自動運転用オープンソースソフトウェア「Autoware」を使って最短で習得する実践的入門書です。
●本書の特長
・基礎理論については、一般論よりも具体的な計算や定性的な理解に重点を置いて解説。
・ROSについては、Autowareを動かすうえで知っておくべき内容に精選してゼロから解説。
・シミュレーション環境だけでなく、実ロボットへの適用例も紹介。
これからロボットプログラミングを始める方はもちろん、ROSですでにロボット開発を行っている研究者・エンジニア、ロボット系の研究室の学生にもお勧めの一冊です。
●Autoware開発者・加藤真平氏(東京大学准教授)推薦!
「Autowareは自動運転車だけではなく、移動ロボットにも使えるが、これまで移動ロボット応用に焦点をあてて解説していた書籍はなかった。Autowareを使用して移動ロボットを動かしたい場合には、ぜひ読んでもらいたい。」
【目次】
1 移動ロボットのハードウェアとソフトウェアの構成
1.1 移動ロボットのハードウェア構成
1.2 移動ロボットのソフトウェア構成
PartI Autowareの動作原理
2 原理を理解するために必要な数学
2.1 本書で用いる数式表現と注意事項
2.2 多次元正規分布
2.2.1 応用先と計算法
2.2.2 具体例
2.3 偏微分とベクトルの微分
2.3.1 応用先と計算法
2.3.2 具体例
2.4 ニュートン法
2.4.1 応用先と計算法
2.4.2 具体例
2.5 座標変換
2.5.1 応用先と計算法
2.5.2 具体例
3 3次元地図作成と自己位置推定
3.1 3次元地図作成処理(SLAM)の概要
3.2 SLAMで実行される計算
3.3 SLAMの具体的な計算例
3.4 原理からわかる落とし穴
3.4.1 大まかな自己位置姿勢が大きく間違っている場合
3.4.2 分布に特徴がない場合
3.4.3 箱のサイズが適切でない場合
3.4.4 自己位置推定が失敗しやすい場合の対処
4 障害物検出
4.1 障害物検出とコストマップの概要
4.1.1 障害物検出の流れ
4.1.2 障害物点群抽出
4.1.3 障害物を管理するコストマップ
4.2 障害物検出で実行される計算
4.3 コストマップ作成の具体的な計算例
4.4 原理からわかる落とし穴
4.4.1 通過できる場所を衝突と判定する場合
4.4.2 通過できる場所を衝突と判定する場合の対処
5 経路生成
5.1 経路生成の概要
5.1.1 A∗探索の概要
5.1.2 Hybrid State A∗の概要
5.2 経路生成で実行される計算
5.3 経路生成の具体的な計算例
5.4 原理からわかる落とし穴
5.4.1 経路が生成されない場合
5.4.2 大きく迂回する経路が生成される場合
5.4.3 障害物に衝突する経路が生成される場合
5.4.4 想定どおりの経路生成ができない場合の対処
6 経路追従
6.1 経路追従の概要
6.2 経路追従で実行される計算
6.3 経路追従の具体的な計算例
6.4 原理からわかる落とし穴
6.4.1 蛇行や急な速度変化を伴う走行をする場合
6.4.2 蛇行や急な速度変化を伴う走行をする場合の対処
PartII Autowareの実装プラットフォームROS
7 ROSの基本
7.1 ROSの概要
7.2 ROSのインストール
8 ROSによるロボット開発
8.1 ROSノードの開発
8.1.1 ROSノード開発の流れ
8.1.2 publisher の開発
8.1.3 subscriber の開発
8.1.4 publisher とsubscriber の動作確認
8.2 典型的なメッセージ型と独自のメッセージ型
8.2.1 メッセージの概要と独自メッセージ型作成の流れ
8.2.2 独自メッセージ型用ヘッダファイルの作成
8.2.3 独自メッセージ型を使用したノードの作成
8.3 座標変換を扱うtf
8.3.1 tfの概要
8.3.2 tfを使用した座標の送信
8.3.3 tfを使用した座標の受信
8.3.4 参考:回転行列から四元数への変換
9 ROSツール
9.1 ノードの接続関係を確認するrqt_graph
9.2 トピック通信の内容を表示するrostopic
9.3 通信されているデータを可視化するrviz
9.4 通信されたデータを時系列で保存するrosbag
9.5 ノード起動の手間を省くroslaunch
PartIII Autowareによる実装
10 Dockerの紹介とAutowareのインストール
10.1 Dockerの概要とAutowareとの関係
10.2 Dockerのインストール
10.3 DockerによるAutoware のインストール
10.3.1 Autoware用Docker コンテナの起動
10.3.2 Autoware用Docker コンテナ起動コマンドの内容
10.3.3 docker runで用いるオプション
10.4 Autoware 開発時に利用できるDocker の機能
10.4.1 複数ターミナルの使用
10.4.2 コンテナ内でファイル保存
10.4.3 別PC にコンテナをコピー
11 Autowareによる自律移動の実施
11.1 Autoware起動練習用のデータの取得
11.2 メイン操作画面ランタイムマネージャーの起動
11.3 自己位置推定の起動
11.4 障害物検出の起動
11.5 経路生成の起動
11.6 経路追従の起動
12 Autowareによる移動ロボットの開発
12.1 Autowareとハードウェアの接続
12.2 Autowareと3 次元距離センサとの接続
12.2.1 Autoware対応のセンサを使用する場合
12.2.2 Autowareに対応していないセンサを使用する場合
12.3 Autowareとロボットコントローラとの接続
12.3.1 オドメトリの受信
12.3.2 移動命令の送信
12.4 3 次元地図の作成
12.5 参照経路の作成
12.6 静的環境での自律移動の実施
12.7 Autowareの詳細設定
12.7.1 ランタイムマネージャーにないパラメータの設定
12.7.2 参考:ランタイムマネージャーの修正
12.7.3 参考:Quick Start機能の使用
12.8 障害物回避を含む自律移動の実施
12.8.1 障害物検出を起動する
12.8.2 経路生成を起動する
13 実ロボットへの応用
13.1 ロボットのハードウェア構成
13.2 Autowareとハードウェアの接続
13.3 3 次元地図の作成
13.4 参照経路の作成
13.5 障害物回避を含む自律移動の実施
移動ロボットを開発するためには、ハードに関する知識はもちろん、自己位置推定、障害物検出、経路生成、経路追従といった自律移動技術に関する知識が欠かせません。本書は、これらの技術の原理から実装までを、自動運転用オープンソースソフトウェア「Autoware」を使って最短で習得する実践的入門書です。
●本書の特長
・基礎理論については、一般論よりも具体的な計算や定性的な理解に重点を置いて解説。
・ROSについては、Autowareを動かすうえで知っておくべき内容に精選してゼロから解説。
・シミュレーション環境だけでなく、実ロボットへの適用例も紹介。
これからロボットプログラミングを始める方はもちろん、ROSですでにロボット開発を行っている研究者・エンジニア、ロボット系の研究室の学生にもお勧めの一冊です。
●Autoware開発者・加藤真平氏(東京大学准教授)推薦!
「Autowareは自動運転車だけではなく、移動ロボットにも使えるが、これまで移動ロボット応用に焦点をあてて解説していた書籍はなかった。Autowareを使用して移動ロボットを動かしたい場合には、ぜひ読んでもらいたい。」
【目次】
1 移動ロボットのハードウェアとソフトウェアの構成
1.1 移動ロボットのハードウェア構成
1.2 移動ロボットのソフトウェア構成
PartI Autowareの動作原理
2 原理を理解するために必要な数学
2.1 本書で用いる数式表現と注意事項
2.2 多次元正規分布
2.2.1 応用先と計算法
2.2.2 具体例
2.3 偏微分とベクトルの微分
2.3.1 応用先と計算法
2.3.2 具体例
2.4 ニュートン法
2.4.1 応用先と計算法
2.4.2 具体例
2.5 座標変換
2.5.1 応用先と計算法
2.5.2 具体例
3 3次元地図作成と自己位置推定
3.1 3次元地図作成処理(SLAM)の概要
3.2 SLAMで実行される計算
3.3 SLAMの具体的な計算例
3.4 原理からわかる落とし穴
3.4.1 大まかな自己位置姿勢が大きく間違っている場合
3.4.2 分布に特徴がない場合
3.4.3 箱のサイズが適切でない場合
3.4.4 自己位置推定が失敗しやすい場合の対処
4 障害物検出
4.1 障害物検出とコストマップの概要
4.1.1 障害物検出の流れ
4.1.2 障害物点群抽出
4.1.3 障害物を管理するコストマップ
4.2 障害物検出で実行される計算
4.3 コストマップ作成の具体的な計算例
4.4 原理からわかる落とし穴
4.4.1 通過できる場所を衝突と判定する場合
4.4.2 通過できる場所を衝突と判定する場合の対処
5 経路生成
5.1 経路生成の概要
5.1.1 A∗探索の概要
5.1.2 Hybrid State A∗の概要
5.2 経路生成で実行される計算
5.3 経路生成の具体的な計算例
5.4 原理からわかる落とし穴
5.4.1 経路が生成されない場合
5.4.2 大きく迂回する経路が生成される場合
5.4.3 障害物に衝突する経路が生成される場合
5.4.4 想定どおりの経路生成ができない場合の対処
6 経路追従
6.1 経路追従の概要
6.2 経路追従で実行される計算
6.3 経路追従の具体的な計算例
6.4 原理からわかる落とし穴
6.4.1 蛇行や急な速度変化を伴う走行をする場合
6.4.2 蛇行や急な速度変化を伴う走行をする場合の対処
PartII Autowareの実装プラットフォームROS
7 ROSの基本
7.1 ROSの概要
7.2 ROSのインストール
8 ROSによるロボット開発
8.1 ROSノードの開発
8.1.1 ROSノード開発の流れ
8.1.2 publisher の開発
8.1.3 subscriber の開発
8.1.4 publisher とsubscriber の動作確認
8.2 典型的なメッセージ型と独自のメッセージ型
8.2.1 メッセージの概要と独自メッセージ型作成の流れ
8.2.2 独自メッセージ型用ヘッダファイルの作成
8.2.3 独自メッセージ型を使用したノードの作成
8.3 座標変換を扱うtf
8.3.1 tfの概要
8.3.2 tfを使用した座標の送信
8.3.3 tfを使用した座標の受信
8.3.4 参考:回転行列から四元数への変換
9 ROSツール
9.1 ノードの接続関係を確認するrqt_graph
9.2 トピック通信の内容を表示するrostopic
9.3 通信されているデータを可視化するrviz
9.4 通信されたデータを時系列で保存するrosbag
9.5 ノード起動の手間を省くroslaunch
PartIII Autowareによる実装
10 Dockerの紹介とAutowareのインストール
10.1 Dockerの概要とAutowareとの関係
10.2 Dockerのインストール
10.3 DockerによるAutoware のインストール
10.3.1 Autoware用Docker コンテナの起動
10.3.2 Autoware用Docker コンテナ起動コマンドの内容
10.3.3 docker runで用いるオプション
10.4 Autoware 開発時に利用できるDocker の機能
10.4.1 複数ターミナルの使用
10.4.2 コンテナ内でファイル保存
10.4.3 別PC にコンテナをコピー
11 Autowareによる自律移動の実施
11.1 Autoware起動練習用のデータの取得
11.2 メイン操作画面ランタイムマネージャーの起動
11.3 自己位置推定の起動
11.4 障害物検出の起動
11.5 経路生成の起動
11.6 経路追従の起動
12 Autowareによる移動ロボットの開発
12.1 Autowareとハードウェアの接続
12.2 Autowareと3 次元距離センサとの接続
12.2.1 Autoware対応のセンサを使用する場合
12.2.2 Autowareに対応していないセンサを使用する場合
12.3 Autowareとロボットコントローラとの接続
12.3.1 オドメトリの受信
12.3.2 移動命令の送信
12.4 3 次元地図の作成
12.5 参照経路の作成
12.6 静的環境での自律移動の実施
12.7 Autowareの詳細設定
12.7.1 ランタイムマネージャーにないパラメータの設定
12.7.2 参考:ランタイムマネージャーの修正
12.7.3 参考:Quick Start機能の使用
12.8 障害物回避を含む自律移動の実施
12.8.1 障害物検出を起動する
12.8.2 経路生成を起動する
13 実ロボットへの応用
13.1 ロボットのハードウェア構成
13.2 Autowareとハードウェアの接続
13.3 3 次元地図の作成
13.4 参照経路の作成
13.5 障害物回避を含む自律移動の実施
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