机器人操作系统ROS原理与应用

前言
第1章智能机器人及其发展概述 1
1.1智能机器人概念及其特点 1
1.1.1智能机器人概念 1
1.1.2智能机器人的发展 2
1.1.3智能机器人的特点 3
1.2智能机器人的组成 3
1.2.1智能机器人的硬件组成 3
1.2.2智能机器人的软件系统 7
1.3智能机器人的分类 10
1.3.1服务智能机器人 11
1.3.2工业智能机器人 14
第2章ROS体系架构 18
2.1ROS框架 18
2.1.1ROS简介 18
2.1.2ROS整体架构分析 20
2.1.3名称系统 27
2.2ROS 2.0框架 28
2.2.1ROS 2.0简介 28
2.2.2ROS与ROS 2.0之间的主要区别 29
2.3本章小结 31
第3章ROS通信机制 32
3.1ROS通信机制概述 32
3.1.1ROS通信机制概念 32
3.1.2ROS通信机制的基本要素 32
3.1.3ROS通信机制的分类 33
3.2基于主题的异步数据流通信 33
3.2.1简介 33
3.2.2异步数据流的实现基础 34
3.2.3异步数据流的实现过程 42
3.2.4回调函数处理 47
3.3基于服务的同步RPC通信 50
3.3.1简介 50
3.3.2同步RPC通信的实现过程 51
3.4基于参数服务器的数据传递 55
3.4.1简介 55
3.4.2具体实现过程 57
3.5本章小结 58
第4章ROS坐标变换体系及其实现 60
4.1机器人运动学基本原理 60
4.1.1空间坐标系的描述和转换 60
4.1.2机器人的正运动学 65
4.2ROS tf 69
4.3tf原理分析 70
4.3.1相关数据结构 70
4.3.2tf关键模块的实现 80
4.4特定机器人的ROS tf应用实例 85
4.4.1tf外部接口 85
4.4.2ROS tf在UR5上的应用 85
4.5本章小结 87
第5章ROS任务调度与有限状态机实现 88
5.1ROS 任务调度接口设计 88
5.1.1action的设计与编译 88
5.1.2基于主题的ActionClient与ActionServer的交互设计 89
5.1.3ActionClient与ActionServer的交互过程 90
5.1.4action状态变换 91
5.1.5actionlib的任务调度策略 93
5.1.6actionlib接口的具体实现 95
5.2ROS有限状态机的SMACH 98
5.2.1有限状态机的基本原理 98
5.2.2SMACH概述 100
5.2.3SMACH状态描述 102
5.2.4SMACH容器设计与实现 107
5.2.5SMACH主要处理构件分析 111
5.2.6状态机的具体实现 113
5.3本章小结 115
第6章ROS运动规划及其实现 116
6.1智能机器人运动控制概述 116
6.2ROS MoveIt包介绍 117
6.2.1用户接口 117
6.2.2ROS MoveIt参数配置 118
6.2.3ROS MoveIt机器人接口 119
6.2.4ROS MoveIt运动规划实现 120
6.3运动规划库 121
6.3.1运动规划库概述 121
6.3.2MoveIt运动规划
编程用例 122
6.3.3规划接口定义 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算法的几种优化 128
6.4.4CRRT算法 129
6.5本章小结 130
第7章基于ROS的智能机器人系统开发方法 131
7.1ROS实时化 131
7.1.1混合实时ROS体系结构RGMP-ROS 131
7.1.2案例分析 133
7.1.3结合OROCOS的实时性实现 135
7.2遗产代码的ROS集成 136
7.2.1ROSlink简介 136
7.2.2ROSlink实现概述 137
7.2.3ROSlink设计原理 138
7.3机器人任务级编程 141
7.3.1简介 142
7.3.2功能可见性模板示例 142
7.3.3实现架构 143
7.3.4Rviz用户界面 144
7.4本章小结 146
第8章基于ROS的服务智能机器人设计 147
8.1服务智能机器人的基本情况 147
8.1.1服务智能机器人的现状及分类 147
8.1.2服务智能机器人的关键技术 148
8.2ROS导航功能包集介绍 149
8.2.1概述 149
8.2.2实现过程 151
8.3基于ROS的服务智能机器人设计案例 153
8.3.1先锋3DX机器人——利用ROS实现建图、定位和自主导航 153
8.3.2基于ROS的足球机器人设计（以NAO机器人为例） 157
8.3.3基于ROS的多机器人协作AAL体系架构 159
8.3.4基于ROS的助老服务机器人设计 162
8.4本章小结 167
第9章基于ROS的工业智能机器人设计 168
9.1工业智能机器人及其软件开发挑战 168
9.1.1工业智能机器人 168
9.1.2工业智能机器人软件开发挑战 168
9.2ROS-Industrial 169
9.2.1ROS-Industrial简介 169
9.2.2ROS-Industrial项目 169
9.3基于ROS-Industrial的工业智能机器人开发实例 177
9.3.1基于ROS-Industrial的智能喷涂机器人设计 177
9.3.2工业机械臂Descartes运动规划 179
9.3.3特定工业机器人MotoPlus-ROS增量运动实现 181
9.4本章小结 188
第10章智能机器人软件平台及其未来发展 189
10.1其他智能机器人软件平台 189
10.1.1微软机器人软件平台 189
10.1.2ABB智能机器人软件平台 190
10.1.3服务机器人软件体系框架SAFSR 193
10.2智能机器人软件未来的发展方向 194
10.2.1多传感器信息融合 194
10.2.2人机协作 195
10.2.3人工智能深化应用 196
10.2.4多机器人协作 197
10.3云机器人软件平台 198
10.3.1云机器人发展背景 198
10.3.2云机器人系统结构与计算模型 199
10.3.3Rapyuta机器人云平台 202
10.3.4云机器人面临的挑战 206
参考文献 207