機器人操作系統(tǒng)ROS原理與應(yīng)用

前言
第1章智能機器人及其發(fā)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(fā)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智能機器人的軟件系統(tǒng) 7
1.3智能機器人的分類 10
1.3.1服務(wù)智能機器人 11
1.3.2工業(yè)智能機器人 14
第2章ROS體系架構(gòu) 18
2.1ROS框架 18
2.1.1ROS簡介 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基于主題的異步數(shù)據(jù)流通信 33
3.2.1簡介 33
3.2.2異步數(shù)據(jù)流的實現(xiàn)基礎(chǔ) 34
3.2.3異步數(shù)據(jù)流的實現(xiàn)過程 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簡介 50
3.3.2同步RPC通信的實現(xiàn)過程 51
3.4基于參數(shù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳遞 55
3.4.1簡介 55
3.4.2具體實現(xiàn)過程 57
3.5本章小結(jié) 58
第4章ROS坐標(biāo)變換體系及其實現(xiàn) 60
4.1機器人運動學(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機器人的正運動學(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)鍵模塊的實現(xiàn) 80
4.4特定機器人的ROS tf應(yīng)用實例 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)機實現(xiàn) 88
5.1ROS 任務(wù)調(diào)度接口設(shè)計 88
5.1.1action的設(shè)計與編譯 88
5.1.2基于主題的ActionClient與ActionServer的交互設(shè)計 89
5.1.3ActionClient與ActionServer的交互過程 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接口的具體實現(xiàn) 95
5.2ROS有限狀態(tài)機的SMACH 98
5.2.1有限狀態(tài)機的基本原理 98
5.2.2SMACH概述 100
5.2.3SMACH狀態(tài)描述 102
5.2.4SMACH容器設(shè)計與實現(xiàn) 107
5.2.5SMACH主要處理構(gòu)件分析 111
5.2.6狀態(tài)機的具體實現(xiàn) 113
5.3本章小結(jié) 115
第6章ROS運動規(guī)劃及其實現(xiàn) 116
6.1智能機器人運動控制概述 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機器人接口 119
6.2.4ROS MoveIt運動規(guī)劃實現(xiàn) 120
6.3運動規(guī)劃庫 121
6.3.1運動規(guī)劃庫概述 121
6.3.2MoveIt運動規(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的智能機器人系統(tǒng)開發(fā)方法 131
7.1ROS實時化 131
7.1.1混合實時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的實時性實現(xiàn) 135
7.2遺產(chǎn)代碼的ROS集成 136
7.2.1ROSlink簡介 136
7.2.2ROSlink實現(xiàn)概述 137
7.2.3ROSlink設(shè)計原理 138
7.3機器人任務(wù)級編程 141
7.3.1簡介 142
7.3.2功能可見性模板示例 142
7.3.3實現(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)智能機器人設(shè)計 147
8.1服務(wù)智能機器人的基本情況 147
8.1.1服務(wù)智能機器人的現(xiàn)狀及分類 147
8.1.2服務(wù)智能機器人的關(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實現(xiàn)過程 151
8.3基于ROS的服務(wù)智能機器人設(shè)計案例 153
8.3.1先鋒3DX機器人——利用ROS實現(xiàn)建圖、定位和自主導(dǎo)航 153
8.3.2基于ROS的足球機器人設(shè)計（以NAO機器人為例） 157
8.3.3基于ROS的多機器人協(xié)作AAL體系架構(gòu) 159
8.3.4基于ROS的助老服務(wù)機器人設(shè)計 162
8.4本章小結(jié) 167
第9章基于ROS的工業(yè)智能機器人設(shè)計 168
9.1工業(yè)智能機器人及其軟件開發(fā)挑戰(zhàn) 168
9.1.1工業(yè)智能機器人 168
9.1.2工業(yè)智能機器人軟件開發(fā)挑戰(zhàn) 168
9.2ROS-Industrial 169
9.2.1ROS-Industrial簡介 169
9.2.2ROS-Industrial項目 169
9.3基于ROS-Industrial的工業(yè)智能機器人開發(fā)實例 177
9.3.1基于ROS-Industrial的智能噴涂機器人設(shè)計 177
9.3.2工業(yè)機械臂Descartes運動規(guī)劃 179
9.3.3特定工業(yè)機器人MotoPlus-ROS增量運動實現(xiàn) 181
9.4本章小結(jié) 188
第10章智能機器人軟件平臺及其未來發(fā)展 189
10.1其他智能機器人軟件平臺 189
10.1.1微軟機器人軟件平臺 189
10.1.2ABB智能機器人軟件平臺 190
10.1.3服務(wù)機器人軟件體系框架SAFSR 193
10.2智能機器人軟件未來的發(fā)展方向 194
10.2.1多傳感器信息融合 194
10.2.2人機協(xié)作 195
10.2.3人工智能深化應(yīng)用 196
10.2.4多機器人協(xié)作 197
10.3云機器人軟件平臺 198
10.3.1云機器人發(fā)展背景 198
10.3.2云機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與計算模型 199
10.3.3Rapyuta機器人云平臺 202
10.3.4云機器人面臨的挑戰(zhàn) 206
參考文獻 207