ROS機器人開發(fā)技術基礎

第1 章 ROS 機器人基礎
1.1 機器人時代與ROS 的誕生  001
1.2 初識ROS 002
1.3 ROS 的安裝及測試 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 測試ROS  007
1.4 安裝教學包  008
1.5 二進制包與源代碼包  010
1.6 本章小結  010
習題一  011

第2 章 ROS 系統(tǒng)架構
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 024
2.2.1 Node 與Node Master 024
2.2.2 launch 啟動文件 026
2.2.3 話題  028
2.2.4 服務  032
2.2.5 參數(shù)服務器 035
2.2.6 動作庫 037
2.3 本章小結  039
習題二  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 認識Gazebo  041
3.1.2 操作演示 042
3.2 Rviz 可視化平臺 044
3.2.1 認識Rviz  044
3.2.2 操作演示 044
3.3 rqt 可視化工具 046
3.3.1 認識rqt 046
3.3.2 操作演示 046
3.4 rosbag 功能包  048
3.4.1 認識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 認識Git 058
3.6.2 操作演示 058
3.7 本章小結  060
習題三  060

第4 章 ROS 客戶端庫
4.1 Client Library 簡介  061
4.2 roscpp 062
4.2.1 節(jié)點 063
4.2.2 topic 065
4.2.3 service  068
4.2.4 param 070
4.2.5 時鐘 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 結構 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  084
習題四  084

第5 章 坐標變換TF 及編程
5.1 認識TF  086
5.1.1 簡介 086
5.1.2 ROS 中的TF 086
5.1.3 ROS 中TF 坐標的基本規(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 093
5.2.4 TF 消息 093
5.3 TF 編程基礎  095
5.3.1 TF 功能包及官方實例  095
5.3.2 TF 編程基礎 096
5.4 TF in C 097
5.4.1 簡介  097
5.4.2 數(shù)據(jù)類型 097
5.4.3 數(shù)據(jù)轉換 097
5.4.4 TF 類 100
5.5 TF in Python  101
5.5.1 簡介  101
5.5.2 數(shù)據(jù)類型 101
5.5.3 TF 庫 101
5.5.4 TF 類 102
5.6 TF 相關工具命令  103
5.7 本章小結  104
習題五  104

第6 章 機器人建模與仿真
6.1 機器人URDF 模型 105
6.2 創(chuàng)建與顯示URDF 模型  108
6.2.1 機器人描述功能包 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 讓機器人動起來 112
6.3 添加碰撞和物理屬性  114
6.4 xacro 文件簡化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 121
6.6 ArbotiX Rviz 機器人運動仿真  121
6.6.1 安裝ArbotiX 122
6.6.2 配置ArbotiX 控制器  122
6.6.3 運行仿真環(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 傳動裝置 128
6.7.6 關節(jié)約束 129
6.7.7 控制器管理器 130
6.8 機器人Gazebo 仿真  131
6.8.1 在Gazebo 中顯示機器人模型 131
6.8.2 Gazebo 插件 132
6.8.3 Gazebo 傳動裝置 134
6.8.4 攝像頭仿真 136
6.8.5 Kinect 仿真 139
6.8.6 激光雷達仿真 140
6.9 本章小結  143
習題六  143

第7 章 機器視覺開發(fā)技術
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 三維點云和深度圖像 147
7.1.3 查看點云圖像 149
7.1.4 ROS-PCL 開發(fā)接口  151
7.2 攝像頭標定  152
7.2.1 camera_calibration 功能包  153
7.2.2 啟動標定程序 153
7.2.3 標定攝像頭 153
7.2.4 Kinect 相機的標定 155
7.2.5 加載標定參數(shù)的配置文件 155
7.2.6 校正圖像 156
7.3 OpenCV 庫和人臉識別 157
7.3.1 安裝OpenCV 庫 157
7.3.2 使用OpenCV 庫  157
7.3.3 使用OpenCV 實現(xiàn)人臉識別 162
7.4 二維碼識別  167
7.4.1 ar_track_alvar 功能包 167
7.4.2 創(chuàng)建二維碼 168
7.4.3 攝像頭識別二維碼 169
7.4.4 物體姿態(tài)估計與AR 標記檢測 171
7.5 物體檢測  174
7.5.1 find_object_2d 功能包  174
7.5.2 物體檢測實例 175
7.5.3 話題和參數(shù) 178
7.6 本章小結  178
習題七  179

第8 章 機器語音開發(fā)技術
8.1 語音識別  180
8.1.1 PocketSphinx 功能包  180
8.1.2 PocketSphinx 功能包測試  182
8.1.3 添加語音庫 183
8.1.4 創(chuàng)建PocketSphinx 的launch 文件 185
8.2 語音播放  185
8.2.1 播放指定文件 185
8.2.2 將輸入的文字轉化為語音 186
8.3 通過語音控制機器人  186
8.3.1 語音控制小海龜 186
8.3.2 XBot 對話和語音控制 187
8.3.3 自定義對話內(nèi)容 188
8.3.4 監(jiān)控talker 功能包的運行狀態(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 包測試  191
8.4.3 ROS 結合科大訊飛進行語音聽寫 193
8.5 智能語音對話  195
8.5.1 tts 語音合成實現(xiàn)對話  195
8.5.2 通過圖靈進行語義理解 202
8.5.3 與機器人對話 206
8.6 本章小結  208
習題八  208

第9 章 機器人SLAM 與自主導航開發(fā)技術
9.1 理論基礎  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 計算圖 218
9.2.3 話題和服務 219
9.2.4 參數(shù) 220
9.2.5 里程計誤差及修正 221
9.3 Hector 算法  221
9.3.1 Hector 功能包 221
9.3.2 Hector 計算圖 223
9.3.3 話題和服務 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 測試 226
9.4.4 Cartographer 節(jié)點的配置與運行 228
9.5 自主導航  231
9.5.1 導航功能包 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 導航案例 234
9.6 costmap 和map_server  237
9.6.1 代價地圖 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 計算圖  240
9.7.2 話題和服務 241
9.7.3 參數(shù)  242
9.7.4 AMCL 測試  243
9.8 本章小結  245
習題九  245

第10 章 ROS 機器人開發(fā)實例
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 實現(xiàn)導航功能  249
10.2 XBot-U 251
10.2.1 XBot-U 特點 251
10.2.2 初步上手XBot-U 機器人  252
10.2.3 智能交互 254
10.2.4 自主導航 254
10.2.5 XBot 仿真與教學 255
10.3 Unitree A1  257
10.3.1 Unitree A1 的功能與結構  257
10.3.2 Unitree A1 關節(jié)電機的配置  258
10.3.3 讓Unitree A1 機器人站起來 260
10.4 本章小結  263

參考文獻