轮式机器人设计与控制实践

本书从机械结构设计、运动学模型、底盘控制、建模与仿真、机器人操作系统设计与实践等角度介绍轮式机器人。全书共分8章，前5章着重介绍轮式机器人的结构和运动学分析与控制，后3章主要介绍使用机器人操作系统控制轮式机器人的方法及应用实验案例。本书配有实验案例代码包，读者根据书中提供的关键代码解析，在读懂代码架构的基础上，可以根据需要修改代码并进行实验、实践。本书可作为高等工科院校机械、电气、自动化等专业的实验类教材，也可供从事机器人相关研究的专业人士参考。

葛亚明，哈尔滨工业大学（深圳）高级实验师。主持省部级重点领域研发计划项目2项，其他军品、民品类项目多项；主编及参编图书3部；发表论文20余篇。研究方向：控制理论与控制工程。

第1章移动机器人概述
1.1移动机器人简介
1.1.1移动机器人的发展
1.1.2国内外移动机器人公司及其产品
1.1.3移动机器人的分类
1.1.4移动机器人的组成与特点
1.2移动机器人的关键技术
1.2.1移动机器人导航技术
1.2.2移动机器人多传感器信息融合技术
1.2.3移动机器人路径规划技术
1.2.4实时定位与地图构建
1.3移动机器人技术的发展
第2章轮式机器人机械结构设计
2.1空间构型
2.1.1轮的类型
2.1.2驱动类型
2.1.3稳定性与机动性
2.2总体方案设计
2.2.1整体方案
2.2.2主要性能指标确定
2.2.3驱动方案
2.3整车设计及三维模型建立
第3章轮式机器人运动学模型
3.1差分驱动轮式机器人状态分析
3.2差分驱动轮式机器人运动学模型
3.3运动实验
3.3.1直线运动实验
3.3.2曲线运动实验
3.3.3旋转运动实验
3.3.4键盘运动控制实验
第4章轮式机器人底盘控制
4.1STM32微处理器的软件开发环境
4.1.1STM32CubeMX和Keil5
4.1.2计时器和中断
4.1.3GPIO
4.2无刷直流电机控制
4.2.1无刷直流电机的换向控制
4.2.2编码器测速
4.3机器人两轮差速协调控制
第5章轮式机器人建模与仿真
5.1轮式机器人仿真系统
5.1.1轮式机器人仿真系统简介
5.1.2仿真环境配置
5.2URDF模型
5.2.1URDF模型简介
5.2.2xacro文件
5.3Gazebo中轮式机器人运动仿真
5.3.1创建Gazebo环境模型
5.3.2创建机器人模型
5.3.3Gazebo中的轮式机器人仿真实验
第6章轮式机器人系统软硬件架构
6.1轮式机器人硬件架构
6.1.1硬件连接
6.1.2USBhub串口绑定
6.2轮式机器人软件系统
6.2.1ROS环境安装
6.2.2ROS工程结构介绍
6.2.3实验1：ROS工程创建
6.2.4ROS里程计消息发布
6.2.5实验2：里程计的校准
6.2.6陀螺仪消息的获取与发送
6.2.7实验3：陀螺仪与里程计消息融合
6.3激光雷达数据解析
6.3.1激光雷达测距原理
6.3.2实验4：激光雷达使用及位置校准
第7章定位与导航
7.1地图构建
7.1.1gmappingSLAM算法构建地图
7.1.2实验1:使用gmappingSLAM算法构建地图
7.1.3cartographerSLAM算法构建地图
7.1.4实验2：使用cartographerSLAM算法构建地图
7.2navigation路径规划与导航避障
7.2.1move_base导航避障架构
7.2.2实验1：navigation路径规划与导航避障
7.2.3costmap代价地图
7.2.4实验2：costmap代价地图的使用
7.2.5全局路径规划
7.2.6实验3：全局路径规划的使用
7.2.7局部路径规划
7.2.8实验4：TEB局部路径规划的使用
7.2.9自适应蒙特卡洛定位
7.2.10实验5：测试AMCL的定位效果
第8章综合应用实验
8.1基于动捕的机器人控制实验
8.1.1系统坐标设置
8.1.2使用动捕系统作为反馈实现机器人定点控制
8.2红绿灯识别实验
8.2.1实验原理
8.2.2实验方法
8.2.3程序设计流程及关键代码说明
8.3车道线识别实验
8.3.1实验原理
8.3.2程序设计流程及说明
8.4摄像头在ROS中的应用实验
8.4.1单目摄像头识别二维码
8.4.2融合深度摄像头导航
参考文献