移动机器人开发技术(激光SLAM版)

自主移动机器人涉及电子学、控制科学、计算机科学、人工智能等众多学科。本书引导读者动手搭建软硬件开发平台，并通过实现机器人自主行走等任务来驱动技术学习和理论验证，实践表明这是一种不错的入门方法。本书以自主搭建硬件平台和ROS为载体，系统介绍了机器人感知、控制、建图、路径规划与导航的实现方法，手把手带领读者用编程实现一个送餐机器人的基本功能，让读者了解和再现机器人开发的全过程。此外，本书还设计了大量的实验供读者动手实战，且所有实验的源代码均可通过开源网站供读者自行下载。在开源网站中，附赠移动机器人硬件结构设计文档和底层驱动源代码，供读者作为自行设计机器人的参考资料。本书的硬件平台同样适合ROS2。完成本书的学习后，读者可尝试阅读ROS2官方文档或ROS2教材复现书中实验。限于篇幅，本书没有涉及ROS2源代码，但在本书配套的开源网站中同时提供ROS和ROS2两个版本的实验源代码，可供读者下载对照学习。本书重点面向高等院校师生，特别关注移动机器人技术的实际开发过程，可作为相关专业的入门教材，也可作为拟从事移动机器人研究和应用的技术人员的参考书。

前言
第1章认识移动机器人
1.1移动机器人概述
1.1.1移动机器人概念
1.1.2移动机器人分类
1.2移动机器人发展历史
1.3移动机器人应用领域
1.4需要的前置知识及学习参考资源
本章小结
第2章机器人操作系统（ROS）
2.1ROS概述
2.2ROS安装和测试
2.2.1Ubuntu18.04虚拟机安装步骤
2.2.2ROS安装和测试步骤
2.3第一个ROS程序——hello_world
2.3.1安装开发工具
2.3.2创建第一个ROS程序hello_world
2.3.3对Catkin的总结
2.4ROS工具包
2.4.1Qt工具箱
2.4.2RViz
2.4.3Gazebo
2.4.4文件系统工具
2.5ROS通信机制
2.5.1节点（Node）
2.5.2节点管理器Master
2.5.3Node与Master相关命令
2.5.4ROS通信方式
2.5.5Topic话题模式
2.5.6Topic话题通信实例
2.5.7Topic自定义消息
2.5.8Service服务模式
2.5.9Service服务通信实例
2.5.10Service服务消息的定义与使用
2.5.11ParameterService
2.5.12ParameterService的使用
2.5.13Actionlib
2.5.14Action的定义与使用
2.6ROS分布式多机通信
2.6.1设置IP地址
2.6.2设置ROS_MASTER_URI
2.6.3多机通信测试
2.7坐标变换(TF)与统一机器人描述格式(URDF)
2.7.1TF简介
2.7.2TF实例
2.7.3TF数据类型
2.7.4URDF基础
2.8移动机器人ROS仿真实战
2.8.1RViz仿真实验——littlecar
2.8.2在RViz上用键盘控制小车移动
2.8.3在Gazebo上进行仿真
2.8.4在仿真环境中加入Velodyne激光传感器
本章小结
第3章搭建移动机器人平台
3.1移动机器人开发平台简介
3.2移动机器人开发平台设计
3.2.1底盘与控制板设计
3.2.2导航板与激光雷达
3.3移动机器人实验
3.3.1导航板环境搭建（以树莓派3B为例）
3.3.2mRobotit小车运行实验
本章小结
第4章环境感知
4.1感知的概念
4.2雷达传感器
4.2.1各种雷达及原理简介
4.2.2激光雷达使用案例
4.2.3激光雷达的主要用途
4.3惯性传感器——IMU
4.3.1IMU简介
4.3.2IMU的工作原理
4.3.3IMU使用案例
4.4其他传感器
4.4.1视觉传感器
4.4.2防跌落传感器
4.4.3防碰撞传感器
本章小结
第5章机器人运动与控制
5.1机器人控制系统
5.2电动机
5.3运动模型
5.3.1差速运动模型
5.3.2全向移动运动模型
5.4导航板与控制板通信
5.4.1导航板与控制板的数据流
5.4.2导航板与控制板的通信方式
5.4.3里程计的计算
5.4.4IMU信息计算
5.5ROS实现对mRobotit机器人的控制
5.5.1直行控制
5.5.2转向控制
5.5.3运动轨迹可视化
5.6机器人移动误差及纠正算法
本章小结
第6章SLAM——即时定位与建图
6.1SLAM简介
6.2经典SLAM框架
6.2.1前端里程计
6.2.2后端优化
6.2.3回环检测
6.2.4建图
6.3常见SLAM介绍
6.3.1GMapping
6.3.2Cartographer
6.3.3Hector_slam
6.3.4Karto_slam
*6.4TinySLAM解读
6.4.1基本数据结构
6.4.2TinySLAM基本流程
6.5SLAM实验
6.5.1实验一：SLAM离线实验
6.5.2实验二：SLAM建图实验
6.5.3实验三：Cartographer实验
本章小结
第7章定位与自主导航
7.1定位与导航概述
7.2重定位
7.2.1常见重定位技术
7.2.2自适应蒙特卡洛定位
7.3导航
7.3.1常见导航技术
7.3.2Costmap代价地图
7.3.3move_base简介
7.3.4全局路径规划
7.3.5局部路径规划
7.3.6恢复行为
7.4定点导航实验
本章小结
第8章送餐机器人实战
8.1背景分析
8.2送餐机器人功能结构
8.3仿真测试
8.3.1自主搭建模型
8.3.2自主搭建World环境
8.3.3在World环境中加载机器人
8.3.4仿真环境下SLAM建图
8.3.5仿真环境下获取地图坐标点信息
8.3.6在仿真环境中给机器人发布导航目标点
8.4模拟场地测试
8.4.1模拟场地搭建
8.4.2在场地中进行SLAM建图
8.4.3获取地图坐标点信息
8.4.4发布导航点坐标
本章小结
参考文献