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| 內容簡介： |
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越来越多的机器人正走向人们的生活及生产环境，机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）作为一种重要的软件开发框架，提高了机器人系统的开发与部署效率，在分工协作、软件维护和系统扩展中具有重要意义。本书以任务为驱动，按照工作导向的思路展开教学与实践学习，通过“学中做、做中学”的方式，循序渐进地介绍机器人操作系统应用开发方法，通过构思、设计、实施和运行多个环节，构建基于传感器的智能机器人系统。本书内容全面，包括机器人系统组成、将机器人连接到ROS、建立机器人系统模型、移动机器人激光SLAM、移动机器人自主导航、基于多传感器的SLAM、机械臂运动控制、计算机视觉、基于视觉的机械臂抓取、移动机器人视觉SLAM、ROS 2.0介绍与编程基础等内容，有利于读者掌握ROS原理与应用实践开发方法，培养软件全栈开发能力。 本书通俗易懂、内容丰富，是作者团队多年机器人科研项目和产品开发的积累，书中提供了大量的实例代码供读者学习研究。 本书可作为高等院校自动化、机器人工程、人工智能、机电一体化等相关专业的“机器人系统原理”“机器人操作系统”“机器人系统应用开发”课程的教材和教学参考书，也可以作为工程实训与学科竞赛的实践教材和实验配套教材，同时还可供广大希望从事机器人系统开发和设计的工程技术人员、教师或者个人参考。
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| 關於作者： |
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彭刚，博士，研究方向为智能机器人与智能制造系统、基于传感器融合的智能感知与控制等，长期从事机器人智能控制、多传感器集成与信息融合、智能驾驶及人机协作共融机器人系统的教学、科研和开发工作。主编3部中文著作和1部英文著作，在IEEE Transactions等机器人和自动化领域的国际期刊发表多篇论文，获授权发明专利40余项，主持完成了多项科技成果产品转化。
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| 目錄：
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目 录第1章 机器人系统组成11.1 移动底盘和机械臂11.1.1 移动底盘11.1.2 机械臂41.2 机器人系统的硬件组成61.2.1 控制系统61.2.2 驱动系统71.2.3 执行机构71.2.4 传感系统81.3 传感器说明与功能介绍81.3.1 编码器81.3.2 惯性测量单元91.3.3 激光雷达101.3.4 相机131.3.5 红外传感器141.3.6 超声波传感器141.3.7 毫米波雷达151.3.8 碰撞传感器161.3.9 多传感器融合161.4 机器人系统的软件组成171.4.1 操作系统171.4.2 应用软件17任务 远程桌面连接：使用Spark机器人平台171.5 本章小结20扩展阅读20练习题20第2章 将机器人连接到ROS222.1 初识ROS222.1.1 ROS起源222.1.2 ROS架构222.1.3 ROS特点242.2 如何安装ROS242.2.1 操作系统和ROS版本242.2.2 Linux基础简介252.2.3 ROS安装292.2.4 设置环境变量302.2.5 验证安装312.3 ROS文件系统与通信机制312.3.1 文件系统312.3.2 ROS通信及其工作机制332.4 编写第一个ROS程序382.4.1 ROS功能包依赖管理382.4.2 ROS工作空间392.4.3 功能包创建与编译42任务1 运行一个简单ROS程序482.4.4 ROS 节点的编写规则502.4.5 运行节点的两种途径522.4.6 launch文件532.4.7 坐标变换基础54任务2 让小海龟跑起来582.5 ROS常用组件592.5.1 可视化工具602.5.2 rosbag数据记录与回放622.5.3 ROS调试工具箱642.6 Spark底盘控制66任务3 让Spark机器人运动起来672.7 ROS外接设备介绍692.7.1 遥控手柄692.7.2 激光雷达722.7.3 视觉传感器742.7.4 惯性测量单元与定位模块762.7.5 伺服电机782.7.6 嵌入式控制器792.8 本章小结80扩展阅读80练习题80第3章 建立机器人系统模型813.1 移动底盘运动模型与控制813.1.1 移动机器人运动模型与位置表示813.1.2 URDF建模853.1.3 机器人状态发布973.1.4 移动底盘运动控制99任务1 控制ROS仿真机器人与真实机器人同步运动1033.2 基于激光雷达的环境感知1053.2.1 rplidar功能包1053.2.2 hector_mapping介绍1073.2.3 hector_mapping的使用108任务2 小车运动时的点云数据1103.3 本章小结111参考文献111扩展阅读111练习题112第4章 移动机器人激光SLAM1134.1 SLAM基本原理1134.1.1 SLAM概述1134.1.2 移动机器人坐标系114任务1 机器人坐标变换1154.1.3 ROS导航与定位过程1194.1.4 环境建图与位姿估计1204.2 Gmapping算法1214.2.1 原理分析1224.2.2 实施流程122任务2 基于Gmapping算法的激光2D建图1234.3 Hector SLAM算法1254.3.1 原理分析125任务3 基于Hector SLAM算法的激光2D建图1274.3.2 建图结果1284.4 本章小结129参考文献129扩展阅读130练习题130第5章 移动机器人自主导航1315.1 基于地图的定位1315.1.1 蒙特卡罗定位1315.1.2 自适应蒙特卡罗定位133任务1 移动机器人定位1375.2 基于地图的自主导航1395.2.1 导航框架1395.2.2 全局路径规划1405.2.3 局部路径规划1455.2.4 导航功能包151任务2 移动机器人导航1575.3 本章小结159参考文献159扩展阅读160练习题160第6章 基于多传感器的SLAM1616.1 惯性测量单元模型与标定1616.1.1 惯性测量单元测量模型1626.1.2 系统误差的预标定1626.1.3 随机误差的预标定1646.2 激光雷达与IMU的外参标定1656.3 差速轮式移动机器人的运动里程计模型1676.4 基于卡尔曼滤波的多传感器融合169任务1 基于滤波器的SLAM算法1706.5 Cartographer算法1726.5.1 原理分析173任务2 基于图优化的SLAM1746.5.2 建图结果1786.6 本章小结179参考文献179扩展阅读180练习题180第7章 机械臂运动控制1817.1 机械臂建模1817.1.1 ROS中常用的机械臂1817.1.2 机械臂URDF模型1827.1.3 机械臂URDF建模1847.2 机械臂控制——MoveIt1887.2.1 MoveIt简介1887.2.2 Setup Assistant配置机械臂1887.2.3 MoveIt可视化控制1937.2.4 机械臂运动学194任务1 让机械臂动起来——MoveIt与Gazebo仿真1987.3 MoveIt编程——机械臂运动规划2027.3.1 关节空间运动规划2027.3.2 工作空间运动规划2047.3.3 笛卡尔空间运动规划2077.3.4 机械臂碰撞检测211任务2 数字孪生——真实机械臂与仿真机械臂同步运动2147.4 本章小结216参考文献216扩展阅读217练习题217第8章 计算机视觉2188.1 认识OpenCV2188.1.1 安装OpenCV2188.1.2 使用OpenCV2188.2 单目视觉传感器的使用220任务1 图像采集2208.3 相机标定2218.3.1 针孔相机模型2228.3.2 畸变模型2248.3.3 相机标定的原理和过程2258.3.4 相机标定功能包2278.4 图像变换与处理2308.4.1 透视变换2308.4.2 图像匹配2338.4.3 图像拼接2348.5 常见的图像特征点检测算法2358.5.1 SIFT算法2358.5.2 SURF算法2398.5.3 FAST算法2438.5.4 ORB算法2458.6 目标识别247任务2 基于单目相机的物体识别2478.7 本章小结252参考文献252扩展阅读253练习题253第9章 基于视觉的机械臂抓取2549.1 深度相机2549.1.1 双目相机和RGB-D深度相机2549.1.2 双目相机模型和RGB-D深度相机模型257任务1 深度相机驱动安装2599.2 基于深度学习的物体识别2609.2.1 基于卷积神经网络的物体识别2609.2.2 常见深度学习框架265任务2 基于卷积神经网络的物体识别实现2669.3 手眼标定原理和过程267任务3 机器人手眼视觉外参标定2709.4 基于视觉的机械臂抓取实现2739.4.1 目标物体定位2749.4.2 姿态估计2779.4.3 抓取姿态检测2809.4.4 运动规划282任务4 完成基于视觉的机械臂抓取284任务5 控制机械臂指向物体2869.5 本章小结289参考文献289扩展阅读290练习题290第10章 移动机器人视觉SLAM29110.1 视觉SLAM框架29110.1.1 视觉里程计29110.1.2 非线性优化29210.1.3 回环检测29310.1.4 建图29310.2 ORB-SLAM算法295任务1 在单目数据集上运行ORB-SLAM229810.3 稠密建图30110.3.1 空间地图的表示方式30310.3.2 双目相机几何模型与标定30710.3.3 稠密建图311任务2 基于深度相机的场景建图31310.4 其他视觉SLAM算法或框架31410.4.1 LSD-SLAM31610.4.2 SVO31810.4.3 OpenVSLAM31810.4.4 VINS-Fusion32010.5 本章小结322参考文献322扩展阅读323练习题324第11章 ROS 2.0介绍与编程基础32511.1 ROS 2.0设计思想32511.1.1 ROS 1.0问题总结32511.1.2 ROS 2.0发展现状32611.1.3 ROS 2.0通信模型32611.2 ROS 2.0安装与使用32811.2.1 ROS 2.0安装32811.2.2 运行小海龟案例32911.2.3 ROS 2.0命令行33111.3 ROS 2.0编程基础33211.3.1 ROS 2.0编程方法33211.3.2 ROS 2.0与ROS 1.0编程区别33811.4 本章小结339扩展阅读339练习题339
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