机器人操作系统ROS应用实践

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。

第1章机器人系统组成1
1.1移动底盘和机械臂1
1.1.1移动底盘1
1.1.2机械臂4
1.2机器人系统的硬件组成6
1.2.1控制系统6
1.2.2驱动系统7
1.2.3执行机构7
1.2.4传感系统8
1.3传感器说明与功能介绍8
1.3.1编码器8
1.3.2惯性测量单元9
1.3.3激光雷达10
1.3.4相机13
1.3.5红外传感器14
1.3.6超声波传感器14
1.3.7毫米波雷达15
1.3.8碰撞传感器16
1.3.9多传感器融合16
1.4机器人系统的软件组成17
1.4.1操作系统17
1.4.2应用软件17
任务远程桌面连接：使用Spark机器人平台17
1.5本章小结20
扩展阅读20
练习题20
第2章将机器人连接到ROS22
2.1初识ROS22
2.1.1ROS起源22
2.1.2ROS架构22
2.1.3ROS特点24
2.2如何安装ROS24
2.2.1操作系统和ROS版本24
2.2.2Linux基础简介25
2.2.3ROS安装29
2.2.4设置环境变量30
2.2.5验证安装31
2.3ROS文件系统与通信机制31
2.3.1文件系统31
2.3.2ROS通信及其工作机制33
2.4编写第一个ROS程序38
2.4.1ROS功能包依赖管理38
2.4.2ROS工作空间39
2.4.3功能包创建与编译42
任务1运行一个简单ROS程序48
2.4.4ROS节点的编写规则50
2.4.5运行节点的两种途径52
2.4.6launch文件53
2.4.7坐标变换基础54
任务2让小海龟跑起来58
2.5ROS常用组件59
2.5.1可视化工具60
2.5.2rosbag数据记录与回放62
2.5.3ROS调试工具箱64
2.6Spark底盘控制66
任务3让Spark机器人运动起来67
2.7ROS外接设备介绍69
2.7.1遥控手柄69
2.7.2激光雷达72
2.7.3视觉传感器74
2.7.4惯性测量单元与定位模块76
2.7.5伺服电机78
2.7.6嵌入式控制器79
2.8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81
3.1移动底盘运动模型与控制81
3.1.1移动机器人运动模型与位置表示81
3.1.2URDF建模85
3.1.3机器人状态发布97
3.1.4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103
3.2基于激光雷达的环境感知105
3.2.1rplidar功能包105
……