機器人操作係統ROS原理與應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

本書主要分析ROS的核心功能實現原理，探討基於ROS的智能機器人軟件係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。

作者簡介

周興社，從事計算機專業教學30餘年，主講計算機操作係統、嵌入式計算係統、分布式計算係統等課程；早期主編過《計算機操作係統》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纔培養”獲得國傢教學成果二等奬；主持的“嵌入式係統創新人纔培養模式”獲得省教學成果一等奬；作為負責人之一的計算機操作係統課程為精品課程；教學團隊為省級教學團隊。

目錄

前言
第1章智能機器人及其發展概述 1
1.1智能機器人概念及其特點 1
1.1.1智能機器人概念 1
1.1.2智能機器人的發展 2
1.1.3智能機器人的特點 3
1.2智能機器人的組成 3
1.2.1智能機器人的硬件組成 3
1.2.2智能機器人的軟件係統 7
1.3智能機器人的分類 10
1.3.1服務智能機器人 11
1.3.2工業智能機器人 14
第2章ROS體係架構 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名稱係統 27
2.2ROS 2.0框架 28
2.2.1ROS 2.0簡介 28
2.2.2ROS與ROS 2.0之間的主要區彆 29
2.3本章小結 31
第3章ROS通信機製 32
3.1ROS通信機製概述 32
3.1.1ROS通信機製概念 32
3.1.2ROS通信機製的基本要素 32
3.1.3ROS通信機製的分類 33
3.2基於主題的異步數據流通信 33
3.2.1簡介 33
3.2.2異步數據流的實現基礎 34
3.2.3異步數據流的實現過程 42
3.2.4迴調函數處理 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基於參數服務器的數據傳遞 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坐標變換體係及其實現 60
4.1機器人運動學基本原理 60
4.1.1空間坐標係的描述和轉換 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相關數據結構 70
4.3.2tf關鍵模塊的實現 80
4.4特定機器人的ROS tf應用實例 85
4.4.1tf外部接口 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 任務調度接口設計 88
5.1.1action的設計與編譯 88
5.1.2基於主題的ActionClient與ActionServer的交互設計 89
5.1.3ActionClient與ActionServer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接口的具體實現 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智能機器人運動控製概述 116
6.2ROS MoveIt包介紹 117
6.2.1用戶接口 117
6.2.2ROS MoveIt參數配置 118
6.2.3ROS MoveIt機器人接口 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
編程用例 122
6.3.3規劃接口定義 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算法的幾種優化 128
6.4.4CRRT算法 129
6.5本章小結 130
第7章基於ROS的智能機器人係統開發方法 131
7.1ROS實時化 131
7.1.1混閤實時ROS體係結構RGMP-ROS 131
7.1.2案例分析 133
7.1.3結閤OROCOS的實時性實現 135
7.2遺産代碼的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機器人任務級編程 141
7.3.1簡介 142
7.3.2功能可見性模闆示例 142
7.3.3實現架構 143
7.3.4Rviz用戶界麵 144
7.4本章小結 146
第8章基於ROS的服務智能機器人設計 147
8.1服務智能機器人的基本情況 147
8.1.1服務智能機器人的現狀及分類 147
8.1.2服務智能機器人的關鍵技術 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體係架構 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的工業智能機器人設計 168
9.1工業智能機器人及其軟件開發挑戰 168
9.1.1工業智能機器人 168
9.1.2工業智能機器人軟件開發挑戰 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MotoPlus-ROS增量運動實現 181
9.4本章小結 188
第10章智能機器人軟件平颱及其未來發展 189
10.1其他智能機器人軟件平颱 189
10.1.1微軟機器人軟件平颱 189
10.1.2ABB智能機器人軟件平颱 190
10.1.3服務機器人軟件體係框架SAFSR 193
10.2智能機器人軟件未來的發展方嚮 194
10.2.1多傳感器信息融閤 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雲機器人軟件平颱 198
10.3.1雲機器人發展背景 198
10.3.2雲機器人係統結構與計算模型 199
10.3.3Rapyuta機器人雲平颱 202
10.3.4雲機器人麵臨的挑戰 206
參考文獻 207

前言/序言

近年來，隨著機電一體化、嵌入式係統及人工智能等科學技術的快速發展，智能機器人的研究與應用在全球範圍內方興未艾。在世界主要科技強國近年陸續齣颱的科技與産業發展規劃中，工業、農業、服務、特種等各類智能機器人均作為核心技術受到瞭前所未有的重視，智能機器人應用已經成為衡量一個國傢工業化和信息化發展水平的重要標誌。
智能機器人具備的自主感知、運動規劃、動作控製和協同活動等能力不僅取決於智能機器人所配置的硬件平颱，也與其軟件係統功能和性能密切相關。機器人操作係統是各類智能機器人的基礎性運行與開發軟件平颱，其在屏蔽智能機器人異構硬件資源的基礎上，支撐實現瞭智能機器人運行控製與管理，以及應用軟件的開發，是構成各類智能機器人控製和任務軟件係統的重要組成部分。
作為開放源碼的機器人運行支撐軟件和開發工具集，機器人操作係統ROS（Robot Operating System）不僅具有智能機器人的環境感知、運動控製、操作管理及多機協同等運行支撐功能，而且可以支持智能機器人應用軟件和係統的功能驗證、環境仿真及可視演示等高效開發活動。由於ROS具有分布式架構、多語言支持、易於擴展、持續發展等特點，其已成為各類智能機器人運行與開發的主流通用軟件平颱。本書主要分析ROS的核心功能實現原理，探討基於ROS的智能機器人軟件係統優化開發方法與實現技術，旨在為相關專業的本科生和研究生學習提供原理性教材，並為從事智能機器人技術研發、係統集成及領域應用的技術人員提供專業化的技術參考。
本書共分為10章，由周興社統編和審核；楊剛負責第1和第10章的編寫以及部分章節的完善；王嵐參編瞭第2、3、7章，並整理瞭各章的圖錶；曾鬧鬧參編瞭第4、8章；張森參編瞭第5、9章；劉添福參編瞭第6章和第10章的部分內容；袁藝文參編瞭第5章的部分內容；閆小成參編瞭第6章的部分內容。在此，主編對各位參編者的貢獻錶示感謝，並感謝機械工業齣版社編輯的辛勤工作。
我國在《經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》中將智能機器人定位為戰略性新興産業，並提齣大力發展工業機器人、服務機器人、手術機器人和軍用機器人，推動人工智能技術應用；“國傢創新驅動戰略”將“智能製造與機器人”列為國傢重大專項；《中國製造2025》將智能機器人列為核心技術。相信在未來十年，乃至更長的時間內，我國智能機器人技術與産業必將獲得快速發展，智能機器人領域應用將會齣現百花齊放的局麵，從而促進工業進步，滿足特種需求，服務人民生活。本書若能為此盡些綿薄之力，我們將會倍感欣慰。
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