智能移动机器人：技术与应用 / 人工智能技术丛书
￥59.00定价
作者： 张辉，钟杭，王耀南
出版时间：2025-05-23
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111771395
- 1-1
- 547547
- 平装
- 2025-05-23
- 324
内容简介
本书面向机器人工程、人工智能、控制下科学与工程、智能科学与技术等新工科专业对移动机器人基础理论与技术体系的学习需求，从基础概念、软硬件系统结构、关键核心算法到系统应用等方面展开阐述，全书共分为8章，主要课程内容包括：移动机器人的基本概念与发展历程、移动机器人软硬件系统组成、ROS机器人操作系统、移动机器人SLAM与导航、多移动机器人协同控制、移动机器人应用、移动机器人实验课程等部分组成。 本书可作为大学相关专业高年级本科生和研究生的教材或课外参考书，也可作为相关领域工程技术人员的自学读本。
目录
目 录
前言
第1章 绪论 1
1.1 移动机器人的基本概念与发展
历程 1
1.1.1 移动机器人的定义 1
1.1.2 移动机器人的分类 2
1.1.3 移动机器人的发展历程 3
1.2 移动机器人的主要研究内容 6
1.2.1 机械结构的设计与驱动 6
1.2.2 环境感知系统 10
1.2.3 控制系统 12
1.2.4 人机交互技术 15
1.2.5 应用研究 17
1.3 移动机器人技术发展趋势 18
1.3.1 移动机器人环境感知 19
1.3.2 移动机器人运动规划 20
1.3.3 移动机器人控制技术 22
第2章 移动机器人的系统结构 25
2.1 章节概述 25
2.2 系统结构 25
2.3 移动机构 26
2.3.1 轮式移动机构 26
2.3.2 履带式移动机构 33
2.3.3 腿足式移动机构 34
2.4 执行机构 34
2.4.1 自由度 35
2.4.2 执行机构关节及自由度的
构成 36
2.4.3 动作形态的分类 37
2.5 感知系统 39
2.5.1 IMU 39
2.5.2 编码器 40
2.5.3 测距传感器 42
2.5.4 力觉传感器 45
2.5.5 视觉传感器 46
2.6 驱动系统 49
2.6.1 液压驱动系统 49
2.6.2 气压驱动系统 50
2.6.3 电动机驱动系统 50
2.7 控制系统 52
2.7.1 控制系统实现框架 52
2.7.2 人机交互界面 53
第3章 机器人操作系统 56
3.1 章节概述 56
3.2 ROS简介 56
3.3 搭建ROS开发环境 57
3.4 ROS架构 59
3.4.1 架构设计 59
3.4.2 文件系统 60
3.4.3 通信机制 65
3.4.4 常用组件 67
3.4.5 开源社区 72
3.5 ROS 2简要介绍 73
3.5.1 ROS 2设计目标 73
3.5.2 ROS 2架构 73
3.5.3 ROS 2通信模型 74
第4章 机器人感知技术 77
4.1 章节概述 77
4.2 机器人视觉感知方式与视觉系统 77
4.2.1 视觉传感器基本参数 78
4.2.2 机器人视觉里程计 80
4.2.3 机器人末端感知技术 87
4.3 激光雷达感知技术 90
4.3.1 激光里程计 91
4.3.2 三维环境感知 97
第5章 移动机器人SLAM与导航 103
5.1 章节概述 103
5.2 建图 103
5.2.1 gmapping建图 104
5.2.2 hector_slam建图 109
5.2.3 Cartographer建图 113
5.3 定位 117
5.3.1 蒙特卡洛定位 117
5.3.2 自适应蒙特卡洛定位 119
5.4 路径规划 121
5.4.1 Dijkstra算法 122
5.4.2 A*算法 124
5.5 DWA算法 126
5.5.1 运动模型 127
5.5.2 速度采样 127
5.5.3 评价函数 128
5.5.4 实验结果 128
第6章 多移动机器人协同编队与
建图 129
6.1 协同编队 129
6.1.1 预备知识 130
6.1.2 领航机器人状态分布式
估计 131
6.1.3 基于估计器的编队控制 132
6.2 协同建图 134
6.2.1 协同建图整体架构 134
6.2.2 多机通信和数据关联 137
6.2.3 地图融合与后端优化 139
6.3 常见应用场景 142
第7章 移动机器人应用 144
7.1 移动机器人在智能配送场景中的
应用 144
7.1.1 AGV的总体结构 144
7.1.2 AGV的应用平台 146
7.1.3 AGV的实例 147
7.2 移动机器人视觉感知技术在智能
车辆中的应用 150
7.2.1 智能车辆的整体结构 150
7.2.2 智能车辆的视觉感知应用
平台 152
7.2.3 智能车辆视觉感知 153
7.3 服务型移动机器人应用 156
7.3.1 服务型移动机器人的
结构 156
7.3.2 服务型移动机器人应用
实例 159
7.3.3 机器人定位轨迹误差
分析 165
7.4 空地协同机器人应用 166
7.4.1 空地协同机器人的系统
结构 166
7.4.2 空地协同机器人的应用
平台 167
第8章 移动机器人实验指导 175
8.1 ROS小实验—“圆龟” 175
8.1.1 实验目的及意义 175
8.1.2 实验设备 175
8.1.3 实验内容 175
8.1.4 实验步骤 175
8.1.5 实验总结 179
8.2 小乌龟自主跟随运动 179
8.2.1 实验目的及意义 180
8.2.2 实验设备 180
8.2.3 实验内容 180
8.2.4 实验步骤 180
8.2.5 实验总结 185
8.3 用上位机查看串口数据 185
8.3.1 Aimibot 教育机器人 185
8.3.2 实验目的及意义 185
8.3.3 实验设备 186
8.3.4 实验内容 186
8.3.5 实验步骤 186
8.3.6 实验总结 186
8.4 蓝牙键盘控制机器人运动 187
8.4.1 实验目的及意义 187
8.4.2 实验设备 187
8.4.3 实验内容 187
8.4.4 实验原理 187
8.4.5 实验步骤 189
8.4.6 实验注意事项 189
8.4.7 实验总结 189
8.5 机器人自主轨迹运动 189
8.5.1 实验目的及意义 190
8.5.2 实验设备 190
8.5.3 实验内容 190
8.5.4 实验原理 190
8.5.5 实验步骤 191
8.5.6 实验注意事项 191
8.5.7 实验总结 192
8.6 超声波避障 192
8.6.1 实验目的及意义 192
8.6.2 实验设备 192
8.6.3 实验内容 192
8.6.4 实验原理 192
8.6.5 实验步骤 194
8.6.6 实验注意事项 195
8.6.7 实验总结 195
8.7 相机标定 195
8.7.1 实验目的及意义 195
8.7.2 实验设备 195
8.7.3 实验内容 195
8.7.4 实验步骤 195
8.7.5 实验注意事项 198
8.7.6 实验总结 198
8.8 Rviz可视化仿真 199
8.8.1 Rviz简介 199
8.8.2 实验目的及意义 200
8.8.3 实验设备 200
8.8.4 实验内容 200
8.8.5 Rviz安装与运行 200
8.8.6 实验步骤 200
8.8.7 Rviz界面说明 201
8.8.8 实验总结 201
8.9 激光雷达建图（Gazebo仿真） 202
8.9.1 实验目的及意义 202
8.9.2 实验设备 202
8.9.3 实验内容 202
8.9.4 实验步骤 202
8.9.5 实验总结 204
8.10 激光雷达建图（实地建图） 204
8.10.1 实验目的及意义 204
8.10.2 实验设备 204
8.10.3 实验内容 205
8.10.4 实验原理 205
8.10.5 实验步骤 207
8.10.6 实验总结 208
附录
附录A RoboMaster大赛介绍 210
附录B RoboMaster机器人介绍 215
附录C 竞赛相关视觉算法与应用 218
参考文献 224
前言
第1章 绪论 1
1.1 移动机器人的基本概念与发展
历程 1
1.1.1 移动机器人的定义 1
1.1.2 移动机器人的分类 2
1.1.3 移动机器人的发展历程 3
1.2 移动机器人的主要研究内容 6
1.2.1 机械结构的设计与驱动 6
1.2.2 环境感知系统 10
1.2.3 控制系统 12
1.2.4 人机交互技术 15
1.2.5 应用研究 17
1.3 移动机器人技术发展趋势 18
1.3.1 移动机器人环境感知 19
1.3.2 移动机器人运动规划 20
1.3.3 移动机器人控制技术 22
第2章 移动机器人的系统结构 25
2.1 章节概述 25
2.2 系统结构 25
2.3 移动机构 26
2.3.1 轮式移动机构 26
2.3.2 履带式移动机构 33
2.3.3 腿足式移动机构 34
2.4 执行机构 34
2.4.1 自由度 35
2.4.2 执行机构关节及自由度的
构成 36
2.4.3 动作形态的分类 37
2.5 感知系统 39
2.5.1 IMU 39
2.5.2 编码器 40
2.5.3 测距传感器 42
2.5.4 力觉传感器 45
2.5.5 视觉传感器 46
2.6 驱动系统 49
2.6.1 液压驱动系统 49
2.6.2 气压驱动系统 50
2.6.3 电动机驱动系统 50
2.7 控制系统 52
2.7.1 控制系统实现框架 52
2.7.2 人机交互界面 53
第3章 机器人操作系统 56
3.1 章节概述 56
3.2 ROS简介 56
3.3 搭建ROS开发环境 57
3.4 ROS架构 59
3.4.1 架构设计 59
3.4.2 文件系统 60
3.4.3 通信机制 65
3.4.4 常用组件 67
3.4.5 开源社区 72
3.5 ROS 2简要介绍 73
3.5.1 ROS 2设计目标 73
3.5.2 ROS 2架构 73
3.5.3 ROS 2通信模型 74
第4章 机器人感知技术 77
4.1 章节概述 77
4.2 机器人视觉感知方式与视觉系统 77
4.2.1 视觉传感器基本参数 78
4.2.2 机器人视觉里程计 80
4.2.3 机器人末端感知技术 87
4.3 激光雷达感知技术 90
4.3.1 激光里程计 91
4.3.2 三维环境感知 97
第5章 移动机器人SLAM与导航 103
5.1 章节概述 103
5.2 建图 103
5.2.1 gmapping建图 104
5.2.2 hector_slam建图 109
5.2.3 Cartographer建图 113
5.3 定位 117
5.3.1 蒙特卡洛定位 117
5.3.2 自适应蒙特卡洛定位 119
5.4 路径规划 121
5.4.1 Dijkstra算法 122
5.4.2 A*算法 124
5.5 DWA算法 126
5.5.1 运动模型 127
5.5.2 速度采样 127
5.5.3 评价函数 128
5.5.4 实验结果 128
第6章 多移动机器人协同编队与
建图 129
6.1 协同编队 129
6.1.1 预备知识 130
6.1.2 领航机器人状态分布式
估计 131
6.1.3 基于估计器的编队控制 132
6.2 协同建图 134
6.2.1 协同建图整体架构 134
6.2.2 多机通信和数据关联 137
6.2.3 地图融合与后端优化 139
6.3 常见应用场景 142
第7章 移动机器人应用 144
7.1 移动机器人在智能配送场景中的
应用 144
7.1.1 AGV的总体结构 144
7.1.2 AGV的应用平台 146
7.1.3 AGV的实例 147
7.2 移动机器人视觉感知技术在智能
车辆中的应用 150
7.2.1 智能车辆的整体结构 150
7.2.2 智能车辆的视觉感知应用
平台 152
7.2.3 智能车辆视觉感知 153
7.3 服务型移动机器人应用 156
7.3.1 服务型移动机器人的
结构 156
7.3.2 服务型移动机器人应用
实例 159
7.3.3 机器人定位轨迹误差
分析 165
7.4 空地协同机器人应用 166
7.4.1 空地协同机器人的系统
结构 166
7.4.2 空地协同机器人的应用
平台 167
第8章 移动机器人实验指导 175
8.1 ROS小实验—“圆龟” 175
8.1.1 实验目的及意义 175
8.1.2 实验设备 175
8.1.3 实验内容 175
8.1.4 实验步骤 175
8.1.5 实验总结 179
8.2 小乌龟自主跟随运动 179
8.2.1 实验目的及意义 180
8.2.2 实验设备 180
8.2.3 实验内容 180
8.2.4 实验步骤 180
8.2.5 实验总结 185
8.3 用上位机查看串口数据 185
8.3.1 Aimibot 教育机器人 185
8.3.2 实验目的及意义 185
8.3.3 实验设备 186
8.3.4 实验内容 186
8.3.5 实验步骤 186
8.3.6 实验总结 186
8.4 蓝牙键盘控制机器人运动 187
8.4.1 实验目的及意义 187
8.4.2 实验设备 187
8.4.3 实验内容 187
8.4.4 实验原理 187
8.4.5 实验步骤 189
8.4.6 实验注意事项 189
8.4.7 实验总结 189
8.5 机器人自主轨迹运动 189
8.5.1 实验目的及意义 190
8.5.2 实验设备 190
8.5.3 实验内容 190
8.5.4 实验原理 190
8.5.5 实验步骤 191
8.5.6 实验注意事项 191
8.5.7 实验总结 192
8.6 超声波避障 192
8.6.1 实验目的及意义 192
8.6.2 实验设备 192
8.6.3 实验内容 192
8.6.4 实验原理 192
8.6.5 实验步骤 194
8.6.6 实验注意事项 195
8.6.7 实验总结 195
8.7 相机标定 195
8.7.1 实验目的及意义 195
8.7.2 实验设备 195
8.7.3 实验内容 195
8.7.4 实验步骤 195
8.7.5 实验注意事项 198
8.7.6 实验总结 198
8.8 Rviz可视化仿真 199
8.8.1 Rviz简介 199
8.8.2 实验目的及意义 200
8.8.3 实验设备 200
8.8.4 实验内容 200
8.8.5 Rviz安装与运行 200
8.8.6 实验步骤 200
8.8.7 Rviz界面说明 201
8.8.8 实验总结 201
8.9 激光雷达建图（Gazebo仿真） 202
8.9.1 实验目的及意义 202
8.9.2 实验设备 202
8.9.3 实验内容 202
8.9.4 实验步骤 202
8.9.5 实验总结 204
8.10 激光雷达建图（实地建图） 204
8.10.1 实验目的及意义 204
8.10.2 实验设备 204
8.10.3 实验内容 205
8.10.4 实验原理 205
8.10.5 实验步骤 207
8.10.6 实验总结 208
附录
附录A RoboMaster大赛介绍 210
附录B RoboMaster机器人介绍 215
附录C 竞赛相关视觉算法与应用 218
参考文献 224
