機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS原理與應(yīng)用

前言
第1章智能機(jī)器人及其發(fā)展概述 1
1.1智能機(jī)器人概念及其特點(diǎn) 1
1.1.1智能機(jī)器人概念 1
1.1.2智能機(jī)器人的發(fā)展 2
1.1.3智能機(jī)器人的特點(diǎn) 3
1.2智能機(jī)器人的組成 3
1.2.1智能機(jī)器人的硬件組成 3
1.2.2智能機(jī)器人的軟件系統(tǒng) 7
1.3智能機(jī)器人的分類 10
1.3.1服務(wù)智能機(jī)器人 11
1.3.2工業(yè)智能機(jī)器人 14
第2章ROS體系架構(gòu) 18
2.1ROS框架 18
2.1.1ROS簡(jiǎn)介 18
2.1.2ROS整體架構(gòu)分析 20
2.1.3名稱系統(tǒng) 27
2.2ROS 2.0框架 28
2.2.1ROS 2.0簡(jiǎn)介 28
2.2.2ROS與ROS 2.0之間的主要區(qū)別 29
2.3本章小結(jié) 31
第3章ROS通信機(jī)制 32
3.1ROS通信機(jī)制概述 32
3.1.1ROS通信機(jī)制概念 32
3.1.2ROS通信機(jī)制的基本要素 32
3.1.3ROS通信機(jī)制的分類 33
3.2基于主題的異步數(shù)據(jù)流通信 33
3.2.1簡(jiǎn)介 33
3.2.2異步數(shù)據(jù)流的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ) 34
3.2.3異步數(shù)據(jù)流的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 42
3.2.4回調(diào)函數(shù)處理 47
3.3基于服務(wù)的同步RPC通信 50
3.3.1簡(jiǎn)介 50
3.3.2同步RPC通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 51
3.4基于參數(shù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳遞 55
3.4.1簡(jiǎn)介 55
3.4.2具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程 57
3.5本章小結(jié) 58
第4章ROS坐標(biāo)變換體系及其實(shí)現(xiàn) 60
4.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)基本原理 60
4.1.1空間坐標(biāo)系的描述和轉(zhuǎn)換 60
4.1.2機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué) 65
4.2ROS tf 69
4.3tf原理分析 70
4.3.1相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 70
4.3.2tf關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn) 80
4.4特定機(jī)器人的ROS tf應(yīng)用實(shí)例 85
4.4.1tf外部接口 85
4.4.2ROS tf在UR5上的應(yīng)用 85
4.5本章小結(jié) 87
第5章ROS任務(wù)調(diào)度與有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn) 88
5.1ROS 任務(wù)調(diào)度接口設(shè)計(jì) 88
5.1.1action的設(shè)計(jì)與編譯 88
5.1.2基于主題的ActionClient與ActionServer的交互設(shè)計(jì) 89
5.1.3ActionClient與ActionServer的交互過(guò)程 90
5.1.4action狀態(tài)變換 91
5.1.5actionlib的任務(wù)調(diào)度策略 93
5.1.6actionlib接口的具體實(shí)現(xiàn) 95
5.2ROS有限狀態(tài)機(jī)的SMACH 98
5.2.1有限狀態(tài)機(jī)的基本原理 98
5.2.2SMACH概述 100
5.2.3SMACH狀態(tài)描述 102
5.2.4SMACH容器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 107
5.2.5SMACH主要處理構(gòu)件分析 111
5.2.6狀態(tài)機(jī)的具體實(shí)現(xiàn) 113
5.3本章小結(jié) 115
第6章ROS運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及其實(shí)現(xiàn) 116
6.1智能機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制概述 116
6.2ROS MoveIt包介紹 117
6.2.1用戶接口 117
6.2.2ROS MoveIt參數(shù)配置 118
6.2.3ROS MoveIt機(jī)器人接口 119
6.2.4ROS MoveIt運(yùn)動(dòng)規(guī)劃實(shí)現(xiàn) 120
6.3運(yùn)動(dòng)規(guī)劃庫(kù) 121
6.3.1運(yùn)動(dòng)規(guī)劃庫(kù)概述 121
6.3.2MoveIt運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
編程用例 122
6.3.3規(guī)劃接口定義 123
6.3.4OMPL接口分析 124
6.4RRT算法 125
6.4.1基本RRT算法描述 125
6.4.2RRT算法的性能分析 127
6.4.3RRT算法的幾種優(yōu)化 128
6.4.4CRRT算法 129
6.5本章小結(jié) 130
第7章基于ROS的智能機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)方法 131
7.1ROS實(shí)時(shí)化 131
7.1.1混合實(shí)時(shí)ROS體系結(jié)構(gòu)RGMP-ROS 131
7.1.2案例分析 133
7.1.3結(jié)合OROCOS的實(shí)時(shí)性實(shí)現(xiàn) 135
7.2遺產(chǎn)代碼的ROS集成 136
7.2.1ROSlink簡(jiǎn)介 136
7.2.2ROSlink實(shí)現(xiàn)概述 137
7.2.3ROSlink設(shè)計(jì)原理 138
7.3機(jī)器人任務(wù)級(jí)編程 141
7.3.1簡(jiǎn)介 142
7.3.2功能可見性模板示例 142
7.3.3實(shí)現(xiàn)架構(gòu) 143
7.3.4Rviz用戶界面 144
7.4本章小結(jié) 146
第8章基于ROS的服務(wù)智能機(jī)器人設(shè)計(jì) 147
8.1服務(wù)智能機(jī)器人的基本情況 147
8.1.1服務(wù)智能機(jī)器人的現(xiàn)狀及分類 147
8.1.2服務(wù)智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 148
8.2ROS導(dǎo)航功能包集介紹 149
8.2.1概述 149
8.2.2實(shí)現(xiàn)過(guò)程 151
8.3基于ROS的服務(wù)智能機(jī)器人設(shè)計(jì)案例 153
8.3.1先鋒3DX機(jī)器人——利用ROS實(shí)現(xiàn)建圖、定位和自主導(dǎo)航 153
8.3.2基于ROS的足球機(jī)器人設(shè)計(jì)（以NAO機(jī)器人為例） 157
8.3.3基于ROS的多機(jī)器人協(xié)作AAL體系架構(gòu) 159
8.3.4基于ROS的助老服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì) 162
8.4本章小結(jié) 167
第9章基于ROS的工業(yè)智能機(jī)器人設(shè)計(jì) 168
9.1工業(yè)智能機(jī)器人及其軟件開發(fā)挑戰(zhàn) 168
9.1.1工業(yè)智能機(jī)器人 168
9.1.2工業(yè)智能機(jī)器人軟件開發(fā)挑戰(zhàn) 168
9.2ROS-Industrial 169
9.2.1ROS-Industrial簡(jiǎn)介 169
9.2.2ROS-Industrial項(xiàng)目 169
9.3基于ROS-Industrial的工業(yè)智能機(jī)器人開發(fā)實(shí)例 177
9.3.1基于ROS-Industrial的智能噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì) 177
9.3.2工業(yè)機(jī)械臂Descartes運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 179
9.3.3特定工業(yè)機(jī)器人MotoPlus-ROS增量運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 181
9.4本章小結(jié) 188
第10章智能機(jī)器人軟件平臺(tái)及其未來(lái)發(fā)展 189
10.1其他智能機(jī)器人軟件平臺(tái) 189
10.1.1微軟機(jī)器人軟件平臺(tái) 189
10.1.2ABB智能機(jī)器人軟件平臺(tái) 190
10.1.3服務(wù)機(jī)器人軟件體系框架SAFSR 193
10.2智能機(jī)器人軟件未來(lái)的發(fā)展方向 194
10.2.1多傳感器信息融合 194
10.2.2人機(jī)協(xié)作 195
10.2.3人工智能深化應(yīng)用 196
10.2.4多機(jī)器人協(xié)作 197
10.3云機(jī)器人軟件平臺(tái) 198
10.3.1云機(jī)器人發(fā)展背景 198
10.3.2云機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型 199
10.3.3Rapyuta機(jī)器人云平臺(tái) 202
10.3.4云機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn) 206
參考文獻(xiàn) 207