主要内容

机器人SLAM导航：核心技术与实战

全书分为4部分。部分对基础知识展开讲解，包括Linux基础和ROS入门。第2部分主要关注一个实际的机器人中的硬件和核心传感器模块的构造，重点讲解机器人上的传感器、差分底盘、树莓派主板开发方面的知识。第3部分是SLAM地图构建的核心算法，SLAM中的数学基础、基于激光的SLAM系统、基于视觉的SLAM系统、混合SLAM系统、新型SLAM系统。第4部分是自主导航相关的核心技术与应用，包括自主导航中的数学基础、基于地图的导航、基于环境探索建图的导航、强化学习在机器人导航中的应用。

通过阅读本书，读者不仅可以自己设计出一套SLAM导航机器人出来，还可以在软硬件结合的环境中提高自己的C++/Python/Java方面的编程能力，同时还可以接触到流行的SLAM算法的实际应用。

ROS机器人编程零基础入门与实践

本书是针对ROS（机器人操作系统）初学者的入门教程，内容聚焦于ROS的使用和开发。以Ubuntu操作系统安装和使用为起点，依次介绍了ROS安装、实体/仿真机器人搭建、机器视觉、SLAM建图、导航、多机器人系统等知识，*终引导读者独立完成机器人应用开发的任务。本书中的实验环境和代码基于ROS的Noetic版本。

本书为读者提供了全部案例源代码和学习资料，读者可以直接扫描二维码下载。

本书适合ROS用户及其编程开发人员使用，也可以作为高等学校或培训学校相关专业的参考教材。

目录

机器人SLAM导航：核心技术与实战

前言

编程基础篇

章 ROS入门知识 2

1.1 ROS简介 2

1.1.1 ROS的性能特色 2

1.1.2 ROS的发行版本 3

1.1.3 ROS的学习方法 3

1.2 ROS开发环境的搭建 3

1.2.1 ROS的安装 4

1.2.2 ROS文件的组织方式 4

1.2.3 ROS网络通信配置 5

1.2.4 集成开发工具 5

1.3 ROS系统架构 5

1.3.1 从计算图视角理解ROS架构 6

1.3.2 从文件系统视角理解ROS架构 7

1.3.3 从开源社区视角理解ROS架构 8

1.4 ROS调试工具 8

1.4.1 命令行工具 9

1.4.2 可视化工具 9

1.5 ROS节点通信 10

1.5.1 话题通信方式 12

1.5.2 服务通信方式 15

1.5.3 动作通信方式 19

1.6 ROS的其他重要概念 25

1.7 ROS 2.0展望 28

1.8 本章小结 28

第2章 C++编程范式 29

2.1 C++工程的组织结构 29

2.1.1 C++工程的一般组织结构 29

2.1.2 C++工程在机器人中的组织结构 29

2.2 C++代码的编译方法 30

2.2.1 使用g++编译代码 31

2.2.2 使用make编译代码 32

2.2.3 使用CMake编译代码 32

2.3 C++编程风格指南 33

2.4 本章小结 34

第3章 OpenCV图像处理 35

3.1 认识图像数据 35

3.1.1 获取图像数据 35

3.1.2 访问图像数据 36

3.2 图像滤波 37

3.2.1 线性滤波 37

3.2.2 非线性滤波 38

3.2.3 形态学滤波 39

3.3 图像变换 40

3.3.1 射影变换 40

3.3.2 霍夫变换 42

3.3.3 边缘检测 42

3.3.4 直方图均衡 43

3.4 图像特征点提取 44

3.4.1 SIFT特征点 44

3.4.2 SURF特征点 50

3.4.3 ORB特征点 52

3.5 本章小结 54

硬件基础篇

第4章 机器人传感器 56

4.1 惯性测量单元 56

4.1.1 工作原理 56

4.1.2 原始数据采集 60

4.1.3 参数标定 65

4.1.4 数据滤波 73

4.1.5 姿态融合 75

4.2 激光雷达 91

4.2.1 工作原理 92

4.2.2 性能参数 94

4.2.3 数据处理 96

4.3 相机 100

4.3.1 单目相机 101

4.3.2 双目相机 107

4.3.3 RGB-D相机 109

4.4 带编码器的减速电机 111

4.4.1 电机 111

4.4.2 电机驱动电路 112

4.4.3 电机控制主板 113

4.4.4 轮式里程计 117

4.5 本章小结 118

第5章 机器人主机 119

5.1 X86与ARM主机对比 119

5.2 ARM主机树莓派3B+ 120

5.2.1 安装Ubuntu MATE 18.04 120

5.2.2 安装ROS melodic 122

5.2.3 装机软件与系统设置 122

5.3 ARM主机RK3399 127

5.4 ARM主机Jetson-tx2 128

5.5 分布式架构主机 129

5.5.1 ROS网络通信 130

5.5.2 机器人程序的远程开发 130

5.6 本章小结 131

第6章 机器人底盘 132

6.1 底盘运动学模型 132

6.1.1 两轮差速模型 132

6.1.2 四轮差速模型 136

6.1.3 阿克曼模型 140

6.1.4 全向模型 144

6.1.5 其他模型 148

6.2 底盘性能指标 148

ROS机器人编程零基础入门与实践

前言

二维码清单

D1章  学习ROS必备的Linux知识1

1.1  Linux操作系统介绍1

1.1.1  Linux的诞生1

1.1.2  Linux、UNIX、系统、内核和发行版2

1.2  Ubuntu环境搭建3

1.2.1  VMWare的安装使用3

1.2.2  安装Ubuntu系统5

1.3  Ubuntu桌面使用10

1.3.1  Ubuntu的桌面布局10

1.3.2  安装VMware Tools工具11

1.4  shell和常用命令12

1.4.1  shell、终端和命令12

1.4.2  常用shell命令14

1.5  Ubuntu安装和卸载软件17

1.5.1  使用国内软件源提升下载速度17

1.5.2  通过apt管理软件19

1.5.3  通过应用商店安装卸载软件19

1.6  vim编辑器使用21

1.7  Linux文件系统22

1.7.1  Linux文件系统结构22

1.7.2  目录内容存放规则24

1.8  root用户和权限管理24

1.8.1  Linux中的权限概念25

1.8.2  文件/目录权限查看和修改25

1.8.3  启用root用户26

1.9  嵌入式单板计算机和Linux27

第2章  认识ROS30

2.1  ROS是什么30

2.1.1  ROS从何而来30

2.1.2  为什么要使用ROS31

2.2  如何安装ROS32

2.3  ROS通信结构37

2.3.1  节点和主节点38

2.3.2  话题（Topic）39

2.3.3  服务（Service）40

2.3.4  动作（Action）41

2.3.5  参数服务器42

2.4  ROS常用shell命令43

2.5  ROS常用图形工具50

2.5.1  rqt工具箱51

2.5.2  rviz52

2.6  ROS坐标系和tf变换53

2.6.1  ROS中的坐标定义53

2.6.2  ROS中的tf变换54

2.7  ROS工作空间56

2.7.1  ROS工作空间是什么57

2.7.2  创建并使用一个工作空间58

第3章  ROS编程基础60

3.1  ROS开发环境搭建60

3.1.1  Ubuntu下安装VSCode60

3.1.2  VSCode常用插件安装61

3.2  新建一个ROS功能包62

3.3  编写一对发布订阅节点（C++）64

3.3.1  编写发布节点（C++）64

3.3.2  编写订阅节点（C++）66

3.4  编写一对发布订阅节点（Python）67

3.4.1  编写发布节点（Python）67

3.4.2  编写订阅节点（Python）68