|
|
|
本書主要分析ROS的核心功能實現原理，探討基於ROS的智能機器人軟件系統優化開發方法與實現技術。
本書主要分為四部分：智能機器人發展現狀和ROS基本框架;ROS核心功能包集實現原理及源碼分析;基於ROS的服務、工業智能機器人開發;ROS優化及智能機器人軟件展望。
周興社，從事計算機專業教學30余年，主講計算機操作系統、嵌入式計算系統、分布式計算系統等課程；早期主編過《計算機操作系統》教材，不少大學采用；擔任計算機學院院長15年之久，兼任軟件與微電子學院院長10年，曾任教育部計算機教學指導委員會委員、對計算機類高等教育有較深刻的認識和一定的研究；主持的「國際化工程型軟件人才培養」獲得國家教學成果二等獎；主持的「嵌入式系統創新人才培養模式」獲得省教學成果一等獎；作為負責人之一的計算機操作系統課程為精品課程；教學團隊為省級教學團隊。
前言
第1章 智能型機器人及其發展概述 1
1.1智能型機器人概念及其特點 1
1.1.1智能型機器人概念 1
1.1.2智能型機器人的發展 2
1.1.3智能型機器人的特點 3
1.2智能型機器人的組成 3
1.2.1智能型機器人的硬體組成 3
1.2.2智能型機器人的軟體系統 7
1.3智能型機器人的分類 10
1.3.1服務智能型機器人 11
1.3.2工業智能型機器人 14
第2章 ROS體系架構 18
2.1ROS框架 18
2.1.1ROS簡介 18
2.1.2ROS整體架構分析 20
2.1.3名稱系統 27
2.2ROS 2.0框架 28
2.2.1ROS 2.0簡介 28
2.2.2ROS與ROS 2.0之間的主要區別 29
2.3本章小結 31
第3章 ROS通信機制 32
3.1ROS通信機制概述 32
3.1.1ROS通信機制概念 32
3.1.2ROS通信機制的基本要素 32
3.1.3ROS通信機制的分類 33
3.2基於主題的非同步資料流通信 33
3.2.1簡介 33
3.2.2非同步資料流程的實現基礎 34
3.2.3非同步資料流程的實現過程 42
3.2.4回呼函數處理 47
3.3基於服務的同步RPC通信 50
3.3.1簡介 50
3.3.2同步RPC通信的實現過程 51
3.4基於參數伺服器的資料傳遞 55
3.4.1簡介 55
3.4.2具體實現過程 57
3.5本章小結 58
第4章 ROS座標變換體系及其實現 60
4.1機器人運動學基本原理 60
4.1.1空間坐標系的描述和轉換 60
4.1.2機器人的正運動學 65
4.2ROS tf 69
4.3tf原理分析 70
4.3.1相關資料結構 70
4.3.2tf關鍵模組的實現 80
4.4特定機器人的ROS tf應用實例 85
4.4.1tf外部介面 85
4.4.2ROS tf在UR5上的應用 85
4.5本章小結 87
第5章 ROS任務調度與有限狀態機實現 88
5.1ROS 任務調度介面設計 88
5.1.1action的設計與編譯 88
5.1.2基於主題的Action Client與Action Server的交互設計 89
5.1.3ActionClient與Action Server的交互過程 90
5.1.4action狀態變換 91
5.1.5actionlib的任務調度策略 93
5.1.6actionlib介面的具體實現 95
5.2ROS有限狀態機的SMACH 98
5.2.1有限狀態機的基本原理 98
5.2.2SMACH概述 100
5.2.3SMACH狀態描述 102
5.2.4SMACH容器設計與實現 107
5.2.5SMACH主要處理構件分析 111
5.2.6狀態機的具體實現 113
5.3本章小結 115
第6章 ROS運動規劃及其實現 116
6.1智能型機器人運動控制概述 116
6.2ROS MoveIt包介紹 117
6.2.1使用者介面 117
6.2.2ROS MoveIt參數配置 118
6.2.3ROS MoveIt機器人介面 119
6.2.4ROS MoveIt運動規劃實現 120
6.3運動規劃庫 121
6.3.1運動規劃庫概述 121
6.3.2MoveIt運動規劃程式設計用例 122
6.3.3規劃介面定義 123
6.3.4OMPL介面分析 124
6.4RRT演算法 125
6.4.1基本RRT演算法描述 125
6.4.2RRT演算法的性能分析 127
6.4.3RRT演算法的幾種優化 128
6.4.4CRRT演算法 129
6.5本章小結 130
第7章 基於ROS的智能型機器人系統開發方法 131
7.1ROS即時化 131
7.1.1混合即時ROS體系結構RGMP-ROS 131
7.1.2案例分析 133
7.1.3結合OROCOS的即時性實現 135
7.2遺產代碼的ROS集成 136
7.2.1ROSlink簡介 136
7.2.2ROSlink實現概述 137
7.2.3ROSlink設計原理 138
7.3機器人任務級程式設計 141
7.3.1簡介 142
7.3.2功能可見性範本示例 142
7.3.3實現架構 143
7.3.4Rviz使用者介面 144
7.4本章小結 146
第8章 基於ROS的服務智能型機器人設計 147
8.1服務智能型機器人的基本情況 147
8.1.1服務智能型機器人的現狀及分類 147
8.1.2服務智能型機器人的關鍵技術 148
8.2ROS導航功能包集介紹 149
8.2.1概述 149
8.2.2實現過程 151
8.3基於ROS的服務智能型機器人設計案例 153
8.3.1先鋒3DX機器人——利用ROS實現建圖、定位和自主導航 153
8.3.2基於ROS的足球機器人設計（以NAO機器人為例） 157
8.3.3基於ROS的多機器人協作AAL體系架構 159
8.3.4基於ROS的助老服務機器人設計 162
8.4本章小結 167
第9章 基於ROS的工業智能型機器人設計 168
9.1工業智能型機器人及其軟體發展挑戰 168
9.1.1工業智能型機器人 168
9.1.2工業智能型機器人軟體發展挑戰 168
9.2ROS-Industrial 169
9.2.1ROS-Industrial簡介 169
9.2.2ROS-Industrial項目 169
9.3基於ROS-Industrial的工業智能型機器人開發實例 177
9.3.1基於ROS-Industrial的智能噴塗機器人設計 177
9.3.2工業機械臂Descartes運動規劃 179
9.3.3特定工業機器人Moto Plus-ROS增量運動實現 181
9.4本章小結 188
第10章 智能型機器人軟體平臺及其未來發展 189
10.1其他智能型機器人軟體平臺 189
10.1.1微軟機器人軟體平臺 189
10.1.2ABB智能型機器人軟體平臺 190
10.1.3服務機器人軟體體系框架SAFSR 193
10.2智能型機器人軟體未來的發展方向 194
10.2.1多感測器資訊融合 194
10.2.2人機協作 195
10.2.3人工智能深化應用 196
10.2.4多機器人協作 197
10.3雲機器人軟體平臺 198
10.3.1雲機器人發展背景 198
10.3.2雲機器人系統結構與計算模型 199
10.3.3Rapyuta機器人雲平臺 202
10.3.4雲機器人面臨的挑戰 206
參考文獻 207
