智能机器人开发与实践 第2版电子书

PREFACE 前言

PART 1 第一部分 概念与相关基础知识

CHAPTER 1 第1章 机器人的概念

1.1 机器人相关定义和分类

1.1.1 机器人相关定义

1.1.2 服务机器人的分类

1.2 现代机器人的发展历程

1.2.1 现代机器人研究初期

1.2.2 20世纪70年代

1.2.3 20世纪80年代

1.2.4 20世纪90年代

1.2.5 21世纪初

1.2.6 21世纪第二个十年

1.2.7 21世纪20年代

1.3 机器人的组成

1.3.1 执行机构

1.3.2 驱动装置

1.3.3 传感装置

1.3.4 控制系统

1.3.5 智能系统

1.3.6 智能人机接口系统

1.4 机器人的关键技术

1.5 机器人的发展趋势

习题

CHAPTER 2 第2章 Ubuntu Linux操作系统

2.1 Linux和Ubuntu简介

2.1.1 Linux简介

2.1.2 Ubuntu简介

2.1.3 Ubuntu的文件系统

2.2 Ubuntu的安装

2.2.1 Ubuntu18.04系统启动盘的制作

2.2.2 Ubuntu18.04的安装

2.3 shell命令

2.3.1 Ubuntu的终端

2.3.2 基础的shell命令

习题

CHAPTER 3 第3章 ROS入门

3.1 ROS简介

3.1.1 为什么使用ROS

3.1.2 什么是ROS

3.1.3 ROS与计算机操作系统的区别

3.1.4 ROS的主要特点

3.2 ROS的安装与卸载

3.2.1 ROS的版本

3.2.2 安装和配置ROS Melodic

3.2.3 安装和配置ROS Noetic

3.2.4 卸载ROS

3.3 进一步学习资源

习题

CHAPTER 4 第4章 ROS框架和使用基础

4.1 ROS框架

4.1.1 文件系统级

4.1.2 计算图级

4.1.3 社区级

4.2 ROS使用基础

4.2.1 catkin简介

4.2.2 工作空间及其创建方法

4.2.3 创建ROS工程包

4.2.4 编译ROS工程包

4.2.5 创建ROS节点

4.2.6 编译运行ROS节点

4.2.7 roslaunch的使用

4.2.8 创建ROS消息和服务

4.2.9 编写简单的消息发布器和订阅器（C++语言实现）

4.2.10 编写简单的消息发布器和订阅器（Python语言实现）

4.2.11 测试简单的消息发布器和订阅器

4.2.12 编写简单的服务器和客户端（C++语言实现）

4.2.13 编写简单的服务器和客户端（Python语言实现）

4.2.14 测试简单的服务器和客户端

习题

CHAPTER 5 第5章 ROS的调试

5.1 常用的ROS调试命令

5.2 常用的ROS调试工具

5.2.1 使用rosconsole在运行时修改调试级别

5.2.2 使用roswtf检测信号的潜在问题

5.2.3 使用rqt_graph显示节点状态图

5.2.4 使用rqt_plot绘制标量数据图

5.2.5 使用image_view显示二维图像

5.2.6 使用RViz实现3D数据可视化

5.2.7 使用rosbag和rqt_bag记录与回放数据

5.2.8 rqt插件与rx应用

5.3 ROS基本命令总结

5.3.1 创建ROS工作空间

5.3.2 package相关操作

5.3.3 节点相关操作

5.3.4 话题相关操作

5.3.5 服务相关操作

5.3.6 rosparam相关操作

5.3.7 bag相关操作

5.3.8 rosmsg相关操作

5.3.9 rossrv相关操作

5.3.10 ROS的其他命令

习题

PART 2 第二部分 机器人核心功能的实现

CHAPTER 6 第6章 机器人安装与初步使用

6.1 TurtleBot机器人简介

6.2 TurtleBot机器人的硬件组成与配置

6.3 TurtleBot机器人的软件安装与测试

6.3.1 ROS Melodic版本的安装方法

6.3.2 ROS Noetic版本的安装方法

6.3.3 安装后的配置

6.4 启动TurtleBot

6.5 通过键盘手动控制TurtleBot

6.6 通过脚本控制TurtleBot

6.7 监控Kobuki电池状态

6.8 TurtleBot机器人的扩展

习题

CHAPTER 7 第7章 机器人视觉功能的实现

7.1 视觉传感器

7.1.1 Kinect视觉传感器

7.1.2 RealSense视觉传感器

7.2 驱动的安装与测试

7.3 同时运行两台Kinect

7.4 同时运行Kinect与RealSense

7.5 在ROS中使用OpenCV处理RGB图像

7.5.1 在ROS中安装OpenCV

7.5.2 在ROS代码中使用OpenCV

7.5.3 理解ROS-OpenCV转换架构

7.5.4 ROS节点示例

7.6 点云库及其使用

7.6.1 点云及点云库简介

7.6.2 PCL数据类型

7.6.3 订阅和发布点云消息

7.6.4 在ROS中使用PCL教程

7.6.5 PCL的一个简单应用——检测门的开关状态

习题

CHAPTER 8 第8章 机器人视觉功能的实现进阶

8.1 机器人跟随功能的实现

8.1.1 理论基础

8.1.2 跟随功能的运行和测试

8.2 机器人挥手识别功能的实现

8.2.1 机器人挥手识别功能的实现框架及难点分析

8.2.2 基于AdaBoost和Cascade算法的人脸检测

8.2.3 用模板匹配算法识别人手

8.2.4 基于YCrCb颜色空间的肤色分割

8.2.5 挥手识别功能的运行和测试

8.3 机器人物体识别与定位功能的实现

8.3.1 基于Hue直方图的滑动窗口模板匹配方法

8.3.2 基于空间点云数据的物体定位方法

8.3.3 物体识别与定位的实现和测试

8.4 机器人人脸及性别识别功能的实现

8.4.1 基于OpenCV的传统人脸识别与性别识别方法

8.4.2 基于OpenCV的人脸识别与性别识别的运行和测试

8.4.3 基于Dlib库的人脸识别方法

8.4.4 基于Dlib库的人脸识别方法的运行和测试

8.4.5 基于YOLO的物体识别方法

习题

CHAPTER 9 第9章 机器人自主导航功能

9.1 机器人自主导航关键技术

9.1.1 机器人的定位与建图

9.1.2 路径规划

9.2 Kobuki基座模型运动学分析

9.3 导航工程包集

9.4 导航工程包集使用基础

9.4.1 导航工程包集在机器人上的安装与配置

9.4.2 机器人tf配置

9.4.3 基础导航调试指南

9.4.4 通过ROS发布里程计测量信息

9.4.5 通过ROS发布传感器数据流

9.5 在TurtleBot上配置并使用导航工程包集

9.5.1 使用TurtleBot创建SLAM地图

9.5.2 使用TurtleBot已知地图的自主导航

习题

CHAPTER 10 第10章 机器人语音交互功能的基础理论

10.1 语音识别

10.1.1 声学模型

10.1.2 语言模型

10.2 语义理解

10.3 语音合成

CHAPTER 11 第11章 机器人语音交互功能的实现——PocketSphinx

11.1 硬件设备

11.2 PocketSphinx语音识别系统简介

11.3 安装和测试PocketSphinx——Melodic版本

11.3.1 安装PocketSphinx

11.3.2 测试PocketSphinx语音识别

习题

CHAPTER 12 第12章 机器人机械臂抓取功能的实现

12.1 机械臂硬件组装

12.2 机械臂运动学分析

12.3 机械臂舵机ID设置

12.4 使用USB2Dynamixel控制TurtleBot Arm

12.4.1 安装和测试dynamixel_motor软件包

12.4.2 机械臂抓取功能的实现

习题

PART 3 第三部分 机器人的场景应用

CHAPTER 13 第13章 机器人综合应用案例一：长命令识别与多任务执行

13.1 案例目标

13.2 语音识别命令

13.3 在家居环境中自主导航

13.4 物体识别与抓取

习题

CHAPTER 14 第14章 机器人综合应用案例二：跟随与协助主人

14.1 案例目标

14.2 语音识别命令

14.3 跟随与自主导航

14.4 检测与识别人脸

CHAPTER 15 第15章 机器人综合应用案例三：顾客挥手示意机器人点餐

15.1 案例目标

15.2 机器人即时建图

15.3 机器人识别挥手并移向挥手人

15.4 语音识别菜单

15.5 自主导航回到吧台

参考文献

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