ROS機(jī)器人開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)

第1 章 ROS 機(jī)器人基礎(chǔ)
1.1 機(jī)器人時(shí)代與ROS 的誕生  001
1.2 初識(shí)ROS 002
1.3 ROS 的安裝及測(cè)試 003
1.3.1 選擇操作系統(tǒng)與ROS 版本 003
1.3.2 ROS 的安裝步驟  004
1.3.3 測(cè)試ROS  007
1.4 安裝教學(xué)包  008
1.5 二進(jìn)制包與源代碼包  010
1.6 本章小結(jié)  010
習(xí)題一  011

第2 章 ROS 系統(tǒng)架構(gòu)
2.1 ROS 文件系統(tǒng) 012
2.1.1 catkin 工作空間  012
2.1.2 catkin 編譯系統(tǒng)  013
2.1.3 package 功能包 015
2.1.4 CMakeLists.txt 文件 017
2.1.5 package.xml 文件  019
2.1.6 其他常見文件類型 022
2.1.7 Metapackage 元功能包 023
2.2 ROS 通信架構(gòu) 024
2.2.1 Node 與Node Master 024
2.2.2 launch 啟動(dòng)文件 026
2.2.3 話題  028
2.2.4 服務(wù)  032
2.2.5 參數(shù)服務(wù)器 035
2.2.6 動(dòng)作庫(kù) 037
2.3 本章小結(jié)  039
習(xí)題二  039

第3 章 ROS 常用組件和開發(fā)工具
3.1 Gazebo 仿真工具 041
3.1.1 認(rèn)識(shí)Gazebo  041
3.1.2 操作演示 042
3.2 Rviz 可視化平臺(tái) 044
3.2.1 認(rèn)識(shí)Rviz  044
3.2.2 操作演示 044
3.3 rqt 可視化工具 046
3.3.1 認(rèn)識(shí)rqt 046
3.3.2 操作演示 046
3.4 rosbag 功能包  048
3.4.1 認(rèn)識(shí)rosbag 048
3.4.2 操作演示 049
3.5 RoboWare Studio 集成開發(fā)環(huán)境  051
3.5.1 安裝RoboWare Studio 051
3.5.2 操作演示 052
3.6 代碼管理Git  058
3.6.1 認(rèn)識(shí)Git 058
3.6.2 操作演示 058
3.7 本章小結(jié)  060
習(xí)題三  060

第4 章 ROS 客戶端庫(kù)
4.1 Client Library 簡(jiǎn)介  061
4.2 roscpp 062
4.2.1 節(jié)點(diǎn) 063
4.2.2 topic 065
4.2.3 service  068
4.2.4 param 070
4.2.5 時(shí)鐘 073
4.2.6 日志和異常 075
4.3 rospy 075
4.3.1 rospy 與roscpp 的比較  075
4.3.2 rospy 結(jié)構(gòu) 076
4.3.3 rospy API  076
4.3.4 topic  078
4.3.5 service 080
4.3.6 param 與Time  082
4.4 本章小結(jié)  084
習(xí)題四  084

第5 章 坐標(biāo)變換TF 及編程
5.1 認(rèn)識(shí)TF  086
5.1.1 簡(jiǎn)介 086
5.1.2 ROS 中的TF 086
5.1.3 ROS 中TF 坐標(biāo)的基本規(guī)則  088
5.2 TF 原理和TF 消息  090
5.2.1 TF 基本原理 090
5.2.2 TF 數(shù)據(jù)類型 092
5.2.3 TF 特點(diǎn) 093
5.2.4 TF 消息 093
5.3 TF 編程基礎(chǔ)  095
5.3.1 TF 功能包及官方實(shí)例  095
5.3.2 TF 編程基礎(chǔ) 096
5.4 TF in C 097
5.4.1 簡(jiǎn)介  097
5.4.2 數(shù)據(jù)類型 097
5.4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 097
5.4.4 TF 類 100
5.5 TF in Python  101
5.5.1 簡(jiǎn)介  101
5.5.2 數(shù)據(jù)類型 101
5.5.3 TF 庫(kù) 101
5.5.4 TF 類 102
5.6 TF 相關(guān)工具命令  103
5.7 本章小結(jié)  104
習(xí)題五  104

第6 章 機(jī)器人建模與仿真
6.1 機(jī)器人URDF 模型 105
6.2 創(chuàng)建與顯示URDF 模型  108
6.2.1 機(jī)器人描述功能包 108
6.2.2 創(chuàng)建URDF 模型  108
6.2.3 解析URDF 模型  109
6.2.4 在Rviz 中顯示模型 111
6.2.5 讓機(jī)器人動(dòng)起來 112
6.3 添加碰撞和物理屬性  114
6.4 xacro 文件簡(jiǎn)化URDF 模型 115
6.5 添加傳感器模型  118
6.5.1 添加攝像頭 118
6.5.2 添加Kinect 120
6.5.3 添加激光雷達(dá) 121
6.6 ArbotiX Rviz 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真  121
6.6.1 安裝ArbotiX 122
6.6.2 配置ArbotiX 控制器  122
6.6.3 運(yùn)行仿真環(huán)境 123
6.7 ros_control  125
6.7.1 ros_control 框架  125
6.7.2 ros_control 安裝  127
6.7.3 控制器 127
6.7.4 硬件接口 127
6.7.5 傳動(dòng)裝置 128
6.7.6 關(guān)節(jié)約束 129
6.7.7 控制器管理器 130
6.8 機(jī)器人Gazebo 仿真  131
6.8.1 在Gazebo 中顯示機(jī)器人模型 131
6.8.2 Gazebo 插件 132
6.8.3 Gazebo 傳動(dòng)裝置 134
6.8.4 攝像頭仿真 136
6.8.5 Kinect 仿真 139
6.8.6 激光雷達(dá)仿真 140
6.9 本章小結(jié)  143
習(xí)題六  143

第7 章 機(jī)器視覺開發(fā)技術(shù)
7.1 ROS 圖像數(shù)據(jù) 145
7.1.1 二維圖像數(shù)據(jù) 145
7.1.2 三維點(diǎn)云和深度圖像 147
7.1.3 查看點(diǎn)云圖像 149
7.1.4 ROS-PCL 開發(fā)接口  151
7.2 攝像頭標(biāo)定  152
7.2.1 camera_calibration 功能包  153
7.2.2 啟動(dòng)標(biāo)定程序 153
7.2.3 標(biāo)定攝像頭 153
7.2.4 Kinect 相機(jī)的標(biāo)定 155
7.2.5 加載標(biāo)定參數(shù)的配置文件 155
7.2.6 校正圖像 156
7.3 OpenCV 庫(kù)和人臉識(shí)別 157
7.3.1 安裝OpenCV 庫(kù) 157
7.3.2 使用OpenCV 庫(kù)  157
7.3.3 使用OpenCV 實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別 162
7.4 二維碼識(shí)別  167
7.4.1 ar_track_alvar 功能包 167
7.4.2 創(chuàng)建二維碼 168
7.4.3 攝像頭識(shí)別二維碼 169
7.4.4 物體姿態(tài)估計(jì)與AR 標(biāo)記檢測(cè) 171
7.5 物體檢測(cè)  174
7.5.1 find_object_2d 功能包  174
7.5.2 物體檢測(cè)實(shí)例 175
7.5.3 話題和參數(shù) 178
7.6 本章小結(jié)  178
習(xí)題七  179

第8 章 機(jī)器語(yǔ)音開發(fā)技術(shù)
8.1 語(yǔ)音識(shí)別  180
8.1.1 PocketSphinx 功能包  180
8.1.2 PocketSphinx 功能包測(cè)試  182
8.1.3 添加語(yǔ)音庫(kù) 183
8.1.4 創(chuàng)建PocketSphinx 的launch 文件 185
8.2 語(yǔ)音播放  185
8.2.1 播放指定文件 185
8.2.2 將輸入的文字轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音 186
8.3 通過語(yǔ)音控制機(jī)器人  186
8.3.1 語(yǔ)音控制小海龜 186
8.3.2 XBot 對(duì)話和語(yǔ)音控制 187
8.3.3 自定義對(duì)話內(nèi)容 188
8.3.4 監(jiān)控talker 功能包的運(yùn)行狀態(tài)  189
8.4 在ROS 上使用科大訊飛  190
8.4.1 下載科大訊飛SDK  190
8.4.2 SDK 包測(cè)試  191
8.4.3 ROS 結(jié)合科大訊飛進(jìn)行語(yǔ)音聽寫 193
8.5 智能語(yǔ)音對(duì)話  195
8.5.1 tts 語(yǔ)音合成實(shí)現(xiàn)對(duì)話  195
8.5.2 通過圖靈進(jìn)行語(yǔ)義理解 202
8.5.3 與機(jī)器人對(duì)話 206
8.6 本章小結(jié)  208
習(xí)題八  208

第9 章 機(jī)器人SLAM 與自主導(dǎo)航開發(fā)技術(shù)
9.1 理論基礎(chǔ)  210
9.1.1 傳感器 210
9.1.2 地圖 213
9.2 Gmapping 算法  215
9.2.1 Gmapping 功能包 215
9.2.2 Gmapping 計(jì)算圖 218
9.2.3 話題和服務(wù) 219
9.2.4 參數(shù) 220
9.2.5 里程計(jì)誤差及修正 221
9.3 Hector 算法  221
9.3.1 Hector 功能包 221
9.3.2 Hector 計(jì)算圖 223
9.3.3 話題和服務(wù) 224
9.3.4 參數(shù) 224
9.4 Cartographer 算法  225
9.4.1 Cartographer 功能包 225
9.4.2 Cartographer 總體框架 226
9.4.3 Cartographer 測(cè)試 226
9.4.4 Cartographer 節(jié)點(diǎn)的配置與運(yùn)行 228
9.5 自主導(dǎo)航  231
9.5.1 導(dǎo)航功能包 231
9.5.2 工作框架 232
9.5.3 move_base 233
9.5.4 move_base 的service 234
9.5.5 導(dǎo)航案例 234
9.6 costmap 和map_server  237
9.6.1 代價(jià)地圖 238
9.6.2 地圖插件的選擇 238
9.6.3 map_server  239
9.7 AMCL 定位算法 240
9.7.1 AMCL 計(jì)算圖  240
9.7.2 話題和服務(wù) 241
9.7.3 參數(shù)  242
9.7.4 AMCL 測(cè)試  243
9.8 本章小結(jié)  245
習(xí)題九  245

第10 章 ROS 機(jī)器人開發(fā)實(shí)例
10.1 TurtleBot  246
10.1.1 TurtleBot 的配置與使用 247
10.1.2 Gazebo 中的TurtleBot3 249
10.1.3 使用TurtleBot 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能  249
10.2 XBot-U 251
10.2.1 XBot-U 特點(diǎn) 251
10.2.2 初步上手XBot-U 機(jī)器人  252
10.2.3 智能交互 254
10.2.4 自主導(dǎo)航 254
10.2.5 XBot 仿真與教學(xué) 255
10.3 Unitree A1  257
10.3.1 Unitree A1 的功能與結(jié)構(gòu)  257
10.3.2 Unitree A1 關(guān)節(jié)電機(jī)的配置  258
10.3.3 讓Unitree A1 機(jī)器人站起來 260
10.4 本章小結(jié)  263

參考文獻(xiàn)