机器人系统设计与制作：Python语言实现（原书第2版）

机器人操作系统（ROS）是科研和工业领域非常受欢迎的机器人软件框架。该系统性能强大，可以在机器人中实现多种功能，而不需要从零开始实施。 本书首先介绍机器人操作系统的基础知识，以便你了解差分驱动机器人的基本原理。然后，介绍机器人建模知识以及如何使用机器人操作系统进行设计和模拟。接着将设计机器人硬件和接口驱动器。之后，讲述如何使用机器人操作系统对深度传感器和激光雷达进行配置和编程。最后，将使用Qt框架为机器人创建图形用户界面。 学习完本书内容后，你将清楚地了解如何将所有元素集成和组装到机器人中，以及如何捆绑软件包。 本书将介绍以下内容： ? 如何从头开始设计差分驱动机器人。 ? 如何使用机器人操作系统和URDF对差分机器人建模。 ? 如何使用机器人操作系统和Gazebo模拟差分机器人。 ? 如何设计机器人硬件电子器件。 ? 如何将机器人驱动器与嵌入式板连接起来。 ? 如何将机器人操作系统中的不同3D深度摄像头连接起来。 ? 如何实现ChefBot机器人的自主导航。 ? 如何创建用于机器人控制的图形用户界面。

本书解释了如何从零开始构建一个自主移动机器人，并使用Python对其进行编程。本书从机器人的基础概念开始，然后介绍机器人的3D建模和仿真。在对机器人成功进行仿真之后，讨论了建立机器人原型所需的硬件组成。在本教程结束时，你将清楚地了解如何将所有东西集成到机器人中，以及如何将打包软件。

前言第1章ROS入门111技术要求112ROS概述1121ROS框架3122在Ubuntu上安装ROS6123什么是catkin9124创建ROS软件包10125什么是Gazebo1413本章小结1714习题17第2章差分驱动机器人的基础知识1821数学建模1822正向运动学2023逆向运动学2324本章小结2425习题2426扩展阅读25第3章差分驱动机器人的建模2631技术要求2732服务机器人的设计要求2733机器人的传动装置27331选择电机和轮子27332设计小结29333机器人底盘设计2934安装LibreCAD、Blender和MeshLab30341安装LibreCAD31342安装Blender31343安装MeshLab3235用LibreCAD生成机器人的二维CAD图32351底座设计33352底座连接杆设计35353轮子、电机和电机夹具设计36354脚轮设计37355中间层设计37356顶层设计3936用Blender制作机器人的三维模型40361在Blender中编写Python脚本40362Blender Python API41363机器人模型的Python脚本4237创建机器人的URDF模型4738本章小结5339习题53310扩展阅读53第4章利用ROS模拟差分驱动机器人5441技术要求5442开始使用Gazebo仿真器5543结合TurtleBot 2进行仿真工作5944创建ChefBot仿真62441深度图像到激光扫描的转换65442Gazebo仿真的URDF标签和插件6545可视化机器人传感器数据70451即时定位与地图构建72452使用SLAM创建地图73453自适应蒙特卡罗定位75454在Gazebo环境中实现AMCL76455ChefBot在酒店中使用Gazebo进行自主导航7846本章小结7947习题7948扩展阅读80第5章设计ChefBot的硬件和电路8151技术要求8152ChefBot硬件规格8253机器人框图82531电机和编码器83532电机驱动器84533嵌入式控制器板86534超声传感器87535惯性测量单元89536Kinect/Orbbec Astra90537中央处理单元91538扬声器和麦克风92539电源和电池9254ChefBot硬件的工作原理9355本章小结9556习题9557扩展阅读95第6章将执行器和传感器连接到机器人控制器9661技术要求9762直流减速电机接入TivaC开发板97621差分驱动轮式机器人99622安装Energia IDE99623电机接口代码10463正交编码器接入TivaC开发板107631编码器数据的处理108632正交编码器接口代码11164使用Dynamixel执行器11465使用超声测距传感器11766使用红外接近传感器12367使用惯性测量单元125671惯性导航125672将MPU 6050与TivaC开发板连接126673在Energia中编写接口代码12968本章小结13169习题132610扩展阅读132第7章视觉传感器接入ROS13371技术要求13372机器人视觉传感器和图像处理库134721Pixy2/CMUcam5134722罗技C920网络摄像头135723Kinect 360135724英特尔RealSense D400系列136725Orbbec Astra深度传感器13773OpenCV、OpenNI和PCL概述138731OpenCV138732OpenNI143733PCL14474使用ROS、OpenCV和OpenNI进行Kinect的Python编程144741启动OpenNI驱动程序的方法145742OpenCV的ROS接口14575连接Orbbec Astra与ROS15076使用Kinect、ROS、OpenNI和PCL处理点云15077将点云数据转换为激光扫描数据15178使用ROS和Kinect实现SLAM算法15379本章小结154710习题154711扩展阅读155第8章ChefBot硬件构建和软件集成15681技术要求15682构建ChefBot硬件15783配置ChefBot PC并设置ChefBot ROS软件包16084连接ChefBot传感器和TivaC16185编写ChefBot的ROS Python驱动程序16486了解ChefBot ROS启动文件16987使用ChefBot Python节点和启动文件170871使用SLAM在ROS上绘制房间地图175872使用ROS定位和导航17788本章小结17989习题179810扩展阅读179第9章使用Qt和Python开发机器人GUI18091技术要求18092在Ubuntu 1604 LTS中安装Qt18193在Qt中使用Python绑定进行开发181931PyQt181932PySide18294使用PyQt和PySide进行开发182941Qt设计器183942Qt信号与槽机制184943将UI文件转化为Python代码185944向PyQt代码中添加槽定义186945Hello World GUI应用程序