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內容簡介: |
随着智能技术的快速发展,机器人技术已成为推动社会进步的重要力量。在工业自动化、物流配送、医疗服务、教育辅助等领域,机器人应用日益广泛。ROS(Robot Operating System)作为机器人开发的标准化框架,为机器人从感知到决策、执行提供了强大的具。ROS2作为ROS的下一代版本,不仅延续了传统的功能,还引入了更高效的架构,支持多种开发语言和操作系统。 本书以ROS2为核心工具,结合机器人开发的实践性和前沿技术,为学生提供一套完整的学习路径。通过理论与实践相结合的教学方式,帮助学生掌握机器人编程与开发的关键技能。本书分为7章,主要介绍ROS2基本情况及使用、ROS2程序编写、ROS2机器人基本控制、ROS2机器人视觉、ROS2机器人激光雷达地图构建、ROS2多关节机器人运动控制及规划、ROS2多关节机器人系统搭建等。 本书理论与实践相结合,采用模块化设计,内容以项目为导向,配套实验与案例分析,同时注重项目化学习。本书配有PPT、源代码、习题解答等资源,读者可登录华信教育资源网免费下载。 本书适合人工智能、计算机科学与技术、机器人工程、电子信息工程等专业教学使用,也可供ROS技术爱好者使用。
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關於作者: |
陈果,博士,湖南大学副教授,信息化办副主任,研究方向为人工智能系统、云计算、数据中心网络。曾担任微软亚洲研究院副研究员,中国计算机学会网络与数据通信专委会委员,中国计算机学会YOCSEF长沙委员,获得2019全国高校计算机专业优秀教师奖励计划、2020湖南省信息化教学竞赛一等奖、湖南省自然科学基金优秀青年、长沙市创新杰出青年培养计划。
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目錄:
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第1章 ROS2基本情况及使用1
1.1 ROS2简介与开发环境搭建1
1.1.1 ROS2简介1
1.1.2 ROS2开发环境搭建6
1.2 ROS2体系架构及简单使用12
1.2.1 ROS2与ROS1的区别12
1.2.2 ROS2的架构12
1.2.3 使用turtlesim及rqt13
1.3 ROS2计算图介绍16
1.3.1 节点16
1.3.2 主题18
1.3.3 服务20
1.3.4 参数24
1.3.5 消息记录包26
1.4 ROS2基本工具与使用27
1.4.1 vi的基本使用27
1.4.2 SSH访问及基本配置28
1.4.3 RViz2介绍与使用30
第2章 ROS2程序编写35
2.1 创建ROS2工作区35
2.2 创建ROS2功能包36
2.2.1 功能包概述36
2.2.2 ROS2功能包的组成36
2.2.3 创建功能包37
2.3 编写一个简单的发布服务器和订阅服务器(C )38
2.3.1 创建包38
2.3.2 写入发布节点38
2.3.3 检查代码39
2.3.4 添加依赖项40
2.3.5 写入订阅节点41
2.4 编写一个简单的发布者和订阅者(Python)43
2.4.1 发布者节点43
2.4.2 订阅者节点45
2.5 编写简单的服务端和客户端(C )48
2.5.1 服务端48
2.5.2 客户端50
2.6 编写简单的服务端和客户端(Python)53
2.6.1 服务端53
2.6.2 客户端54
2.7 创建自定义消息56
2.7.1 写一个简单的发布器56
2.7.2 写一个简单的订阅器57
第3章 ROS2机器人基本控制59
3.1 ROS2机器人移动控制59
3.2 ROS2机器人IMU自动校正61
3.3 ROS2机器人角速度及线速度校正64
3.3.1 角速度校正64
3.3.2 线速度校正66
3.4 ROS2机器人PID动态调试68
第4章 ROS2机器人视觉71
4.1 ROS2机器人opencv_apps图形处理71
4.1.1 边缘检测71
4.1.2 哈夫变换75
4.1.3 霍夫变换76
4.1.4 凸包检测78
4.1.5 椭圆形检测79
4.1.6 人脸检测80
4.1.7 特征分析82
4.1.8 颜色块追踪83
4.1.9 光流检测84
4.1.10 区域分割88
4.1.11 颜色特征空间90
4.2 ROS2机器人视觉颜色及形状识别91
4.3 ROS2机器人视觉条形码及二维码识别93
4.4 ROS2机器人视觉文本及数字识别95
4.5 ROS2机器人视觉巡线97
第5章 ROS2机器人激光雷达地图构建99
5.1 ROS2机器人激光雷达SLAM建图与导航99
5.1.1 建图原理99
5.1.2 Gmapping建图101
5.1.3 ROS2机器人Gmapping建图具体步骤103
5.2 ROS2机器人雷达跟随106
5.3 ROS2机器人SLAM激光导航109
5.3.1 导航的基本原理109
5.3.2 SLAM与导航系统构架111
5.3.3 ROS2机器人导航具体步骤112
5.4 ROS2机器人多点导航113
第6章 ROS2多关节机器人运动控制及规划116
6.1 ROS2多关节机器人运动控制概述116
6.1.1 机器人运动规划概述117
6.1.2 机器人运动规划和轨迹规划的区别118
6.2 ROS2机器人MoveIt2包介绍118
6.2.1 ROS2 MoveIt2用户接口119
6.2.2 ROS2 MoveIt2参数配置119
6.2.3 ROS2 MoveIt2机器人接口120
6.2.4 ROS2 MoveIt2运动规划实现121
6.2.5 ROS2 MoveIt2包配置与使用122
6.3 ROS2机器人运动规划库124
6.3.1 运动规划库概述124
6.3.2 MoveIt运动规划编程用例125
6.3.3 规划接口定义126
6.3.4 OMPL接口分析126
第7章 ROS2多关节机器人系统搭建128
7.1 ROS2实时化128
7.1.1 混合实时ROS2体系结构RGMP-ROS2128
7.1.2 案例分析130
7.1.3 结合OROCOS的实时性实现132
7.2 遗产代码的ROS2集成132
7.2.1 ROS2link简介133
7.2.2 ROS2link实现概述133
7.2.3 ROS2link设计原理134
7.3 ROS2-Industrial系统137
7.3.1 ROS2-Industrial系统简介137
7.3.2 ROS2-Industrial项目137
7.3.3 ROS2-Industrial驱动设计规范143
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