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ROS 로보틱스 프로그래밍 4차 산업혁명 시대의 핵심 기술, 로봇 프로그래밍

acorn+PACKT 시리즈
렌틴 조셉 지음 | 배진호 옮김 | 에이콘출판 | 2017년 02월 07일 출간
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상품상세정보
ISBN 9788960779587(896077958X)
쪽수 540쪽
크기 188 * 235 * 33 mm /1257g 판형알림
이 책의 원서/번역서 Mastering ROS for Robotics Programming/Lentin Joseph

책소개

이 책이 속한 분야

ROS 고급 가이드북!

『ROS 로보틱스 프로그래밍』은 로보틱스의 고급 개념과 ROS를 사용해 프로그래밍하는 방법을 다루는 책이다. ROS 무브잇! 모션 계획 라이브러리와 ROS 내비게이션 스택을 이용해 복잡한 로봇 모델을 빌드하고, 시뮬레이하며, 실제 로봇과 인터페이스하는 방법을 보여준다.

로봇의 필수 구성요소 중 하나는 비전 센서이며, 한 장을 할애해 비전 센서, 비전 센서와 ROS와의 인터페이스, 비전 센서의 프로그래밍을 다룬다. 이 책은 ROS에 대한 로봇의 하드웨어 인터페이스와 시뮬레이션을 논의하며, ROS 인터스트리얼(산업용 로봇과의 인터페이스를 위해 이용되는 패키지)에 대해서도 논의한다. 마지막으로 ROS를 사용해 프로그래밍할 때 따라야 하는 최적 실행에 대해서도 알아본다.

이 책의 총서

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저자소개

저자 : 렌틴 조셉

저자 렌틴 조셉(Lentin Joseph)은 저자이자 사업가며, 전자공학자, 로보틱스(Robotics) 열광자, 머신 비전(Machine Vision) 전문가, 임베디드 프로그래머, 인도에 있는 큐보틱스 랩(Qbotics Labs)(http://www.qboticslabs.com)의 창업자 겸 경영자다. 케랄라(Kerala) 주에 있는 연방과학기술대학(FISAT, the Federal Institute of Science and Technology)에서 전자공학과 통신 공학으로 학사학위를 받았다. 졸업하는 해의 마지막 공학 프로젝트에서 사람들과 상호작용할 수 있는 사회 로봇을 만들었다. 그 프로젝트는 큰 성공을 거두었고 많은 영상 보도매체에 언급되었다. 이 로봇의 주요 특징은 사람들과 의사소통할 수 있고, 지능적으로 반응하며, 얼굴의 움직임이나 색 검출(detection)과 같은 영상처리(Image processing) 능력을 가지고 있다는 것이다. 전체 프로젝트는 파이썬 프로그래밍 언어를 사용해 수행했다. 로보틱스와 영상 처리, 파이썬에 대한 관심은 그 프로젝트에서 시작됐다.
졸업 후, 3년 동안 로보틱스와 영상처리 분야에 주력하는 스타트업에서 일했다. 그 기간 동안 로봇운영체제(ROS, Robot Operating System), V-REP, Actin(로봇 시뮬레이션 툴) 같은 로보틱스 소프트웨어 플랫폼과 OpenCV, OpenNI, PCL 같은 영상처리 라이브러리를 배웠다. 또한 3차원 로봇 설계와 아두이노(Arduino), Tiva 런치패드 기반의 임베디드 프로그래밍에 대한 지식이 있다.
직장 생활을 시작한 지 3년 후 큐보틱스 랩이라는 회사를 창업했는데, 주로 로보틱스, 머신 비전과 같은 영역에 속한 위대한 제품을 만드는 연구에 집중하고 있다. 개인 웹 페이지(http://www.lentinjoseph.com)와 테크노랩즈(Technolabsz)라는 기술 블로그(http://www.technolabsz.com)를 운영하며, 작업물을 기술 블로그에 개제하고 있다. 또한 인도에서 열리는 PyCon2013에서 ‘Learning Robotics using Python’이라는 주제로 발표도 했다.
렌틴은 『파이썬 로보틱스』(에이콘, 2015)의 저자다. 이 책은 ROS와 OpenCV를 이용해 자율 주행 로봇을 만드는 것에 관한 책이다. 그 책은 ICRA 2015에서 소개됐고 ROS 블로그와 로보허브(Robohub), OpenCV, 파이썬 웹사이트, 관련된 다양한 포럼에서 다뤄졌다.
ICRA 2015 챌린지, HRATC(http://www2.isr.uc.pt/~embedded/events/HRATC2015/Welcome.html)의 결승 진출자이기도 하다.

역자 : 배진호

역자 배진호는 습득한 지식은 문제 해결을 위한 도구로 활용해야 하며, 지식 그 자체보다는 문제 해결 설계를 위한 사고가 더 중요하다는 생각을 가지고 있다. 하지만 무엇보다 중요한 것은 어떤 문제를 풀기 위함인지 방향성을 설정하는 것이라고 생각한다. 서울과학기술대학에서 로봇 공학과 미국 로즈 헐만 공과대학에서 레이저 공학을 전공했으며, 현재 레이저 가공 장비 개발 프로젝트에 소프트웨어 엔지니어로 참여하며 전공 지식을 활용 중이다. 동시에 통계학과 컴퓨터과학에 관한 지식을 습득하면서 고급 지식을 활용해 어떻게 부가가치를 창출해낼 수 있을지 고민하고 있다. 죽을 때까지 질리지 않고 몰두할 수 있는 거리가 바로 배움이 아닐까 생각한다.

목차

1장. ROS와 패키지 관리 소개
__ROS를 배워야 하는 이유
__로봇을 위한 ROS를 선호하는 이유
__로봇을 위한 ROS를 선호하지 않는 이유
__ROS 파일 시스템 레벨의 이해
____ROS 패키지
____ROS 메타 패키지
____ROS 메시지
____ROS 서비스
__ROS 연산 그래프 레벨의 이해
____ROS 노드의 이해
____ROS 메시지
____ROS 토픽
____ROS 서비스
____ROS 백
____ROS 마스터의 이해
____ROS 파라미터 사용
__ROS 커뮤니티 레벨의 이해
____ROS를 시작하기 위한 전제조건은 무엇인가?
____ROS 마스터와 ROS 파라미터 서버의 구동
________Roscore 명령어 결과의 체크
____ROS 패키지 생성
________ROS 토픽의 활용
________ROS 노드 생성
________빌딩 노드
____커스텀 msg와 srv 파일의 추가
____ROS 서비스의 활용
________ROS 액션립의 활용
________ROS 액션 서버와 클라이언트의 빌딩
____런치 파일 생성
____토픽, 서비스, 액션립의 응용
____ROS 패키지 유지 관리
____커스텀 ROS 패키지 배포
________배포를 위한 ROS 패키지의 준비
________커스텀 패키지의 배포
________커스텀 ROS 패키지를 위한 위키 페이지 제작
__연습문제
__요약

2장. ROS에서 3D 로봇 모델링 작업
__로봇 모델링을 위한 ROS 패키지
__URDF를 활용한 로봇 모델링의 이해
__로봇 디스크립션을 위한 ROS 패키지의 생성
__최초의 커스텀 URDF 모델 생성
__URDF 파일 해설
__RViz에서 로봇 3D 모델의 시각화
____팬 조인트와 틸트 조인트의 상호작용
__물리적인 특징과 충돌 특성을 URDF 모델에 추가
__xacro를 활용한 로봇 모델링의 이해
____프로퍼티의 사용
____수학적 표현의 사용
____매크로의 사용
__xacro에서 URDF로의 변환
__7-DOF 로봇 매니퓰레이터에 대한 로봇 디스크립션 생성
____로봇 팔 사양
________조인트 타입
__7-DOF 팔의 xacro 모델 상세 해설
____상수의 사용
____매크로의 사용
____다른 xacro 파일의 포함
____링크에서 메시의 사용
____로봇 집게를 사용한 작업
____RViz에서 7-DOF 로봇 팔 보기
________조인트 상태 퍼블리셔의 이해
________로봇 상태 퍼블리셔의 이해
__차륜 구동 모바일 로봇을 위한 로봇 디스크립션 생성
__연습문제
__요약

3장. ROS와 가제보를 활용한 로봇 시뮬레이션
__가제보와 ROS를 활용한 로봇 팔의 시뮬레이션
____가제보를 위한 로봇 팔 시뮬레이션 모델
________가제보 로봇 모델에 색과 질감 추가
________로봇을 구동하기 위한 transmission 태그의 추가
________gazebo_ros_control 플러그인의 추가
________가제보에 3D 비전 센서 추가
____Xtion Pro를 장착한 로봇 팔의 시뮬레이션
________3D 센서 데이터의 시각화
____가제보에서 ROS 컨트롤러를 활용한 로봇 조인트 동작
________ros_control 패키지의 이해
________ROS 컨트롤러와 하드웨어 인터페이스의 다양한 타입
________ROS 컨트롤러가 가제보와 상호작용하는 방법
________조인트 상태 컨트롤러와 조인트 위치 컨트롤러의 로봇 팔에 대한 인터페이싱
________가제보와 함께 ROS 컨트롤러 실행
________로봇 조인트의 구동
____가제보에서 차륜 이동 로봇의 시뮬레이션
________가제보에 레이저 스캐너 추가
________가제보에서 모바일 로봇의 이동
________런치 파일에서 조인트 상태 퍼블리셔의 추가
________ROS teleop 노드의 추가
__연습문제
__요약

4장. ROS 무브잇!과 내비게이션 스택 활용
__무브잇! 설치
____무브잇! 구조
________The move_group node
________무브잇!을 사용한 모션 계획
________모션 계획 요청 어댑터
________무브잇! 플래닝 씬
________무브잇! 기구학 처리
________무브잇! 충돌 체크 기능
__설정 마법사 툴을 사용한 무브잇! 환경 설정 패키지의 생성
____1단계 - 환경 설정 마법사 툴의 실행
____2단계 - 자기 충돌 매트릭스의 생성
____3단계 - 가상 조인트의 추가
____4단계 - 플래닝 그룹의 추가
____5단계 - 로봇 자세 추가
____6단계 - 로봇 엔드 이펙터 설정
____7단계 - 패시브 조인트의 추가
____8단계 - 환경 설정 파일의 생성
__무브잇! 환경 설정 패키지를 사용한 RViz에서 로봇의 모션 계획
____RViz MotionPlanning 플러그인의 사용
____무브잇! 환경 설정 패키지와 가제보의 인터페이스
____1단계 - 무브잇!을 위한 컨트롤러 환경 설정 파일의 작성
____2단계 - 컨트롤러 런치 파일의 생성
____3단계 - 가제보를 위한 컨트롤러 환경 설정 파일 생성
____4단계 - 가제보 궤적 컨트롤러를 위한 런치 파일의 생성
____5단계 - 가제보-무브잇! 인터페이스의 디버그
__ROS 내비게이션 스택의 이해
____ROS 내비게이션 하드웨어 요구 사항
____내비게이션 패키지로의 작업
________move_base 노드의 이해
________내비게이션 스택의 작동
________지도상에서의 위치 설정
________목표와 경로를 보내기
________충돌 복귀 동작
________속도 명령어 보내기
____ROS 내비게이션 스택의 설치
__SLAM을 사용한 지도의 생성
____gmapping을 위한 런치 파일의 생성
____차륜 구동 로봇에 관한 SLAM의 실행
____AMCL과 정적 지도를 사용한 자율 내비게이션의 구현
____AMCL 런치 파일의 생성
__연습문제
__요약

5장. 플러그인립, 노드렛, 가제보 플러그인 활용
__플러그인립의 이해
____플러그인립을 사용한 계산기 애플리케이션을 위한 플러그인의 생성
________pluginlib_calculator 패키지를 이용한 작업
________1단계 - calculator_base 헤더 파일의 생성
________2단계 - calculator_plugins 헤더 파일의 생성
________3단계 - calculator_plugins.cpp를 사용한 플러그인의 내보내기
________4단계 - calculator_loader.cpp를 사용한 플러그인 로더의 실행
________5단계 - 플러그인 디스크립션 파일의 생성: calculator_plugins.xml
________6단계 - ROS 패키지 시스템에 플러그인 등록
________7단계 - CmakeLists.txt 파일의 수정
________8단계 - 패키지에서 플러그인의 리스트 조회
________9단계 - 플러그인 로더의 실행
____ROS 노드렛의 이해
____노드렛의 생성
________1단계 - 노드렛을 위한 패키지의 생성
________2단계 - hello_world.cpp 노드렛의 생성
________3단계 - hello_world.cpp의 상세 해설
________4단계 - 플러그인 디스크립션 파일의 생성
________5단계 - package.xml로 내보내기 태크 추가
________6단계 - CMakeLists.txt 수정
________7단계 - 노드렛의 빌딩과 실행
________8단계 - 노드렛을 위한 런치 파일의 생성
__가제보 플러그인의 이해
____기본 월드 플러그인의 생성
__연습문제
__요약

6장. ROS 컨트롤러와 시각화 플러그인 생성
__pr2_mechanism 패키지의 이해
____pr2_controller_interface 패키지
________Controller의 초기화
________ROS 컨트롤러의 시작
________ROS 컨트롤러 업데이트
________컨트롤러 정지
____pr2_controller_manager
__ROS에서 기본 리얼 타임 조인트 컨트롤러의 작성
____1단계 - 컨트롤러 패키지의 생성
____2단계 - 컨트롤러 헤더 파일의 생성
____3단계 - 컨트롤러 소스 파일의 생성
____4단계 - 컨트롤러 소스 파일의 상세 해설
____5단계 - 플러그인 디스크립션 파일의 생성
____6단계 - package.xml 업데이트
____7단계 - CMakeList.txt 업데이트
____8단계 - 컨트롤러 빌딩
____9단계 - 컨트롤러 환경 설정 파일 작성
____10단계 - 컨트롤러를 위한 런치 파일의 작성
____11단계 - 가제보에서 PR2 시뮬레이션과 함께 컨트롤러 실행
__ros_control 패키지의 이해
__ROS 시각화 툴(RViz)과 그 플러그인의 이해
____Displays 패널
____RViz 툴바
____Views
____Time 패널
____Dockable 패널
__원격 조종을 위한 RViz 플러그인의 작성
____RViz 플러그인 빌딩의 방법론
________1단계 - Rviz 플러그인 패키지의 생성
________2단계 - RViz 플러그인 헤더 파일의 생성
________3단계 - RViz 플러그인 정의의 생성
________4단계 - 플러그인 디스크립션 파일의 생성
________5단계 - package.xml에서 내보내기 태그 추가
________6단계 - CMakeLists.txt의 수정
________7단계 - 플러그인의 빌드와 불러오기
__연습문제
__요약

7장. ROS와 I/O 보드, 센서, 액추에이터 인터페이싱
__아두이노-ROS 인터페이스 이해
__아두이노-ROS 인터페이스는 무엇인가?
____ROS에서 rosserial 패키지의 이해
________Ubuntu 14.04/15.04에 rosserial 패키지 설치
________ROS - 아두이노 퍼블리셔와 서브스크라이버 예제
____아두이노-ROS, 예제 - LED 깜박임과 버튼 누름
____아두이노-ROS, 예제 - 가속도계 ADXL 335
____아두이노-ROS, 예제 - 초음파 거리 센서
________초음파 거리 센서를 사용해 거리를 알기 위한 관계식
____아두이노-ROS, 예제 - 측량 정보 퍼블리셔
____Non-Arduino 보드와 ROS의 인터페이스
____오드로이드와 라즈베리 파이 2에 관한 ROS 설정
____OS 이미지를 오드로이드와 라즈베리 파이 2에 설치하는 방법
________윈도우에서 설치
____________리눅스에서 설치
____PC에서 오드로이드와 라즈베리 파이 2로 연결
____오드로이드와 라즈베리 파이 2에 대한 이더넷 핫스팟의 구성
________오드로이드에 Wiring Pi 설치
________라즈베리 파이 2에 Wiring Pi 설치
____오드로이드와 라즈베리 파이 2의 ROS를 사용한 LED 깜박임
____오드로이드와 라즈베리 파이 2에서 ROS를 사용한 누름 버튼 + LED 깜박임
________오드로이드에서 LED 깜박임 실행
________오드로이드에서 버튼 다루기와 LED 깜박임 실행
________라즈베리 파이 2에서 LED 깜박임 실행
__다이나믹셀 액추에이터와 ROS의 인터페이스
__연습문제
__요약

8장. ROS와 OpenCV, PCL을 활용한 비전 센서 프로그래밍
__ROS - OpenCV 인터페이싱 패키지의 이해
__ROS - PCL 인터페이싱 패키지의 이해
____ROS 퍼셉션의 설치
____ROS에서 USB 웹캠 인터페이스
__ROS 카메라 캘리브레이션
____cv_bridge를 이용한 ROS와 OpenCV 사이의 이미지 변환
____ROS와 OpenCV를 이용한 영상 처리
________1단계-실험을 위한 ROS 패키지의 생성
________2단계-소스 파일의 생성
________3단계-코드의 해설
________4단계: CMakeLists.txt 파일의 수정
________5단계: 예제의 빌딩과 실행
__ROS에서 Kinect와 Asus Xtion Pro의 인터페이스
__Intel Real Sense 카메라와 ROS의 인터페이스
____레이저 스캔 패키지에 대한 포인트 클라우드의 활용
__ROS에서 Hokuyo 레이저의 인터페이스
__ROS에서 Velodne LIDAR의 인터페이스
__포인트 클라우드 데이터의 활용
____포인트 클라우드를 퍼블리시하는 방법
____포인트 클라우드를 서브스크라이브하고 처리하는 방법
____포인트 클라우드 데이터를 PCD 파일로 작성
____PCD 파일로부터 포인트 클라우드를 읽고 퍼블리시하기
__ROS를 사용한 오드로이드로부터의 스트리밍 웹캠
__연습문제
__요약

9장. ROS환경에서 차륜 구동 이동 로봇 하드웨어의 구축과 인터페이싱
__쳇봇 소개 - DIY 모바일 로봇과 그의 하드웨어 환경 설정
____Energia IDE를 활용한 쳇봇 펌웨어 플래시 메모리 쓰기
________LaunchPad에서 PC로 직렬 데이터 전송 프로토콜
________PC에서 LaunchPad로 직렬 데이터 전송 프로토콜
____ROS에 관한 쳇봇 인터페이스 패키지 논의
____엔코더 틱으로부터 거리 측량의 연산
____ROS twist 메시지로부터 모터 속도의 연산
________C++ 노드를 사용한 로봇의 독립 런치 파일의 실행
____쳇봇을 위한 내비게이션 스택의 환경 설정
____내비게이션 스택 패키지의 환경 설정
________local_costmap과 global_costmap의 공통 환경 설정
________전역 코스트 맵 파라미터들의 환경 설정
________지역 코스트 맵 파라미터 환경 설정
________베이스 지역 플래너 파라미터의 환경 설정
________DWA 지역 플래너 파라미터 환경 설정
________move_base 노드 파라미터의 환경 설정
____AMCL의 이해
____내비게이션 스택으로 작업하기 위한 RViz의 이해
________2D Pose Estimate 버튼
________파티클 클라우드의 시각화
________2D Nav Goal 버튼
________정적 지도의 표시
________로봇 풋프린트의 표시
________전역과 지역 코스트 맵의 표현
________전역 계획, 지역 계획, 플래너 계획의 표현
________현재 목표
____내비게이션 스택을 사용한 장애물 회피
____쳇봇 시뮬레이션의 활용
________가제보에서 가상 공간의 구축
________가제보 모델 폴더에 모델 파일 추가
____ROS 노드에서 내비게이션 스택으로 목표 위치 보내기
__연습문제
__요약

10장. ROS-무브잇!의 고급 기능
__move_group C++ API를 활용한 로봇 팔의 모션 계획
____MoveIt! C++API를 활용한 임의 경로에 관한 모션 계획
____MoveIt! C++ API를 활용한 커스텀 경로의 모션 계획
__무브잇!을 활용하여 로봇 팔에서 충돌 체크
____무브잇!에서 충돌 객체의 추가
____플래닝 씬으로부터 충돌 객체의 제거
____무브잇! API를 활용한 셀프 충돌 체크
__무브잇!과 가제보를 사용한 인식의 활용
__무브잇!을 사용한 물체 잡기
__무브잇!을 사용해 물체를 집어 원하는 위치로 옮기는 작업의 수행
____무브잇!에서 그랩 테이블과 그랩 객체의 생성
____가제보와 실제 로봇에서 물체를 집어 원하는 곳으로 옮기는 작업
__로봇 하드웨어 인터페이싱을 위한 다이나믹셀 ROS 서보 컨트롤러의 이해
____다이나믹셀 서보
____다이나믹셀-ROS 인터페이스
__로봇 팔에 기반한 7-DOF 다이나믹셀과 ROS 무브잇!의 인터페이스
____COOL arm 로봇을 위한 컨트롤러 패키지의 생성
____COOL arm의 무브잇! 환경 설정
__연습문제
__요약

11장. 산업용 로봇을 위한 ROS
__ROS-인더스트리얼 패키지의 이해
____ROS-인더스트리얼의 목표
____ROS-인더스트리얼 - 간단한 역사
____ROS-인더스트리얼의 이점
__ROS-인더스트리얼 패키지의 설치
__ROS-인더스트리얼 패키지의 블록 다이어그램
__산업용 로봇을 위한 URDF의 생성
__산업용 로봇을 위한 무브잇! 환경 설정
____무브잇! 환경 설정 파일의 업데이트
____무브잇! 환경 설정의 테스트
__유니버셜 로봇 팔의 ROS-인더스트리얼 패키지 설치
____유니버셜 로봇의 ROS 인터페이스 설치
__유니버셜 로봇 팔의 무브잇! 환경 설정 이해
__ABB 로봇의 무브잇! 환경 설정의 활용
__ROS-인더스트리얼 로봇 지원 패키지의 이해
____RViz에서 ABB 로봇 모델의 시각화
__ROS-인더스트리얼 로봇 클라이언트 패키지
____산업용 로봇 클라이언트 노드의 디자인
__ROS-인더스트리얼 로봇 드라이버 패키지
__무브잇! IKPast 플러그인의 이해
__ABB-IRB6640 로봇에 대한 무브잇! IKFast 플러그인의 생성
____무브잇! IKFast 플러그인의 개발을 위한 사전요구 사항
____오픈레이브와 IKFast 모듈
________무브잇! IKFast
________무브잇! IKFast 패키지의 설치
________Ubuntu 14.04.3에 오픈레이브 설치
__오픈레이브로 작업하기 위한 로봇의 COLLADA 파일 생성
__IRB 6640 로봇을 위한 IKFast CPP 파일의 생성
____무브잇! IKFast 플러그인의 생성
__연습문제
__요약

12장. ROS환경에서 트러블슈팅과 최적 실행방법
__Ubuntu 14.04.3에 이클립스 IDE 설정
__이클립스 IDE에서 ROS 개발 환경 설정
____이클립스 IDE에서 전역 설정
________이클립스 IDE를 위한 ROS 컴파일러 스크립트
________이클립스에 ROS 캣킨 패키지를 추가
________이클립스에서 run ROS 노드에 run configurations 추가
__ROS에서 최적 실행
____ROS C++ 코딩 스타일 가이드
________ROS에서 사용된 표준 명명 규약
________코드 라이선스 규약
________ROS 코드 포맷
________ROS 코드 문서
________콘솔 결과
__ROS 패키지에서 최적 실행
__ROS에서 중요한 틀러블슈팅 팁
____roswtf의 쓰임
__연습문제
__요약

출판사 서평

★ 요약 ★

4차 산업혁명 시대의 로봇 기술 구현에 필요한 고급 ROS 가이드 북이다. 이 책을 통해 ROS를 활용한 로봇 시뮬레이션, 머신 비전을 배울 수 있을 뿐만 아니라, 로보틱스의 대표적인 주제인 7-DOF(Degree of Freedom) 로봇 팔과 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)과 AMCL(Adaptive Monte Carlo Localization)을 활용한 이동 로봇의 자율 내비게이션을 디자인할 수 있다. 즉 기초적인 가이드북보다 더욱 실용적인 주제를 접할 수 있다.... 더보기

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