移動機器人原理與應用 (基於 ROS 操作系統)

移動機器人是智能機器人的重要形態之一，在各行各業都有廣泛的應用前景。機器人操作系統（ROS）是無人駕駛領域所涉及的關鍵技術平臺。本書內容將圍繞移動機器人展開，首先講解ROS的基本原理和開發方法，然後介紹智能移動機器人的控制原理與傳感器應用，接下來通過豐富的案例講解機器人視覺處理、建圖導航、語音交互等核心應用的開發方法，最後通過自動駕駛場景下的綜合實踐提高移動機器人的開發者綜合應用的開發能力，做到融會貫通。

 

 

 

 

 

目錄

 

第一篇認識移動機器人

 

第1章移動機器人導論

 

1．1移動機器人發展現狀

 

1．2機器人操作系統發展與現狀

 

1．2．1ROS的歷史起源

 

1．2．2ROS的發展與現狀

 

1．3本章小結

 

第2章移動機器人認知

 

2．1移動機器人的組成

 

2．1．1移動機器人的四大組成部分

 

2．1．2多模態移動機器人LIMO

 

2．1．3LIMO機器人軟件架構

 

2．2移動機器人LIMO操作方法

 

2．2．1系統啟動

 

2．2．2多模態運動

 

2．3本章小結

 

第二篇移動機器人原理

 

第3章機器人操作系統核心概念

 

3．1ROS的組成與安裝

 

3．1．1ROS的組成

 

3．1．2ROS的版本迭代

 

3．1．3ROS的安裝方法

 

3．2ROS的核心概念

 

3．2．1節點和節點管理器

 

3．2．2話題和消息

 

3．2．3服務

 

3．2．4參數

 

3．3移動機器人運行架構分析

 

3．3．1小海龜模擬

 

3．3．2移動機器人運動控制

 

3．4本章小結

 

第4章ROS常用工具

 

4．1ROS命令行使用方法

 

4．1．1rosnode

 

4．1．2rostopic

 

4．1．3rosservice

 

4．1．4LIMO機器人命令行調試

 

4．2launch啟動文件

 

4．2．1基本元素

 

4．2．2參數設置

 

4．2．3重映射機制

 

4．2．4嵌套復用

 

4．2．5LIMO機器人的launch文件

 

4．3可視化工具

 

4．3．1Rviz

 

4．3．2rqt

 

4．3．3Gazebo

 

4．4本章小結

 

第5章移動機器人基礎編程

 

5．1移動機器人開發流程

 

5．1．1工作空間的創建和編譯

 

5．1．2創建功能包

 

5．2移動機器人運動控制編程

 

5．2．1編程思路

 

5．2．2代碼解析

 

5．2．3功能運行

 

5．3機器人狀態訂閱編程

 

5．3．1編程思路

 

5．3．2代碼解析

 

5．3．3功能運行

 

5．4移動機器人分佈式通信

 

5．4．1分佈式通信網絡配置

 

5．4．2移動機器人分佈式控制

 

5．5本章小結

 

第6章移動機器人運動學

 

6．1差速運動控制

 

6．1．1四輪差速運動

 

6．1．2履帶差速運動

 

6．2阿克曼運動控制

 

6．3全向運動控制

 

6．4本章小結

 

第三篇移動機器人應用

 

第7章機器人視覺處理

 

7．1機器視覺原理

 

7．2機器視覺常用軟件

 

7．2．1OpenCV

 

7．2．2TensorFlow

 

7．2．3PyTorch

 

7．2．4yolo

 

7．3機器視覺常用傳感器

 

7．3．1相機驅動

 

7．3．2圖像數據解析

 

7．4物體識別與跟蹤

 

7．4．1實現原理

 

7．4．2依賴安裝

 

7．4．3閾值測試

 

7．4．4視覺識別

 

7．4．5機器人跟蹤

 

7．4．6功能運行

 

7．5二維碼識別與跟蹤

 

7．5．1二維碼識別功能包ALVAR

 

7．5．2二維碼識別

 

7．5．3機器人跟蹤

 

7．5．4功能運行

 

7．6本章小結

 

第8章移動機器人SLAM地圖構建

 

8．1SLAM地圖構建應用

 

8．2SLAM地圖構建原理

 

8．2．1SLAM基本原理

 

8．2．2SLAM常用傳感器

 

8．2．3ROS接口消息定義

 

8．3Gmapping地圖構建

 

8．3．1原理簡介

 

8．3．2接口定義

 

8．3．3配置方法

 

8．3．4功能運行

 

8．4Cartographer地圖構建

 

8．4．1Cartographer原理簡介

 

8．4．2配置方法

 

8．4．3功能運行

 

8．5RTAB地圖構建

 

8．5．1原理簡介

 

8．5．2功能運行

 

8．6本章小結

 

第9章機器人自主導航

 

9．1機器人自主導航原理

 

9．1．1原理簡介

 

9．1．2ROS自主導航框架

 

9．1．3move_base功能包

 

9．1．4AMCL功能包

 

9．1．5機器人定位方法對比

 

9．2移動機器人差速運動導航

 

9．2．1功能運行

 

9．2．2啟動文件

 

9．2．3參數配置

 

9．3移動機器人全向運動導航

 

9．3．1功能運行

 

 

9．3．2啟動文件

 

9.3.3參數配置

 

9．4移動機器人阿克曼運動導航

 

9．4．1功能運行

 

9．4．2啟動文件

 

9．4．3參數配置

 

9．5本章小結

 

第10章機器人語音交互

 

10．1機器人語音交互原理

 

10．1．1語音交互發展階段

 

10．1．2語音識別

 

10．1．3自然語言理解

 

10．1．4語音合成

 

10．2科大訊飛語音識別庫

 

10．2．1語音識別SDK

 

10．2．2中文語音識別例程

 

10．2．3中文語音合成例程

 

10．3中文語音識別

 

10．3．1實現思路

 

10．3．2功能運行

 

10．4中文語音輸出

 

10．4．1實現思路

 

10．4．2功能運行

 

10．5中文語音識別與輸出

 

10．5．1實現思路

 

10．5．2功能運行

 

10．6中文語音交互

 

10．6．1實現思路

 

10．6．2功能運行

 

10．7機器人語音控制

 

10．7．1實現思路

 

10．7．2功能運行

 

10．8本章小結

 

第四篇移動機器人自動駕駛應用

 

第11章自動駕駛中的路徑規劃

 

11．1路線巡檢

 

11．1．1應用場景

 

11．1．2算法介紹

 

11．1．3功能運行

 

11．1．4代碼解析

 

11．2視覺巡線

 

11．2．1應用場景

 

11．2．2算法介紹

 

11．2．3功能運行

 

11．2．4代碼解析

 

11．3倒車入庫

 

11．3．1應用場景

 

11．3．2算法介紹

 

11．3．3功能運行

 

11．3．4代碼解析

 

11．4本章小結

 

第12章自動駕駛中的視覺感知

 

12．1紅綠燈識別

 

12．1．1算法介紹

 

12．1．2功能運行

 

12．1．3代碼解析

 

12．2機器學習環境搭建

 

12．2．1機器學習完整流程

 

12．2．2PyTorch安裝

 

12．2．3yolov5安裝

 

12．3行人檢測

 

12．3．1算法介紹

 

12．3．2數據採集

 

12．3．3數據標註

 

12．3．4數據集切分

 

12．3．5模型訓練

 

12．3．6模型測試

 

12．4本章小結

 

第13章自動駕駛綜合場景應用

 

13．1自動駕駛數據採集與訓練

 

13．1．1算法介紹

 

13．1．2數據採集

 

13．1．3數據標註

 

13．1．4數據集切分

 

13．1．5模型訓練

 

13．1．6模型測試

 

13．2紅綠燈檢測與機器人控制

 

13．2．1算法介紹

 

13．2．2功能運行

 

13．2．3代碼解析

 

13．3行人檢測與機器人控制

 

13．3．1算法介紹

 

13．3．2功能運行

 

13．3．3代碼解析

 

13．4自動駕駛綜合應用

 

13．4．1算法介紹

 

13．4．2功能運行

 

13．4．3代碼解析

 

13．5本章小結