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isbn号码:9787109079724

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现代智能机器人操作系统与应用编程实践 书籍信息： 书名： 现代智能机器人操作系统与应用编程实践 作者： [虚构作者名，例如：张伟、李明、王芳] 出版社： [虚构出版社名，例如：科技前沿出版社] 出版日期： 2023年10月 图书简介： 在人工智能与自动化技术飞速发展的今天，智能机器人的应用已不再局限于科幻想象，而是深入渗透到工业制造、医疗健康、家庭服务乃至深空探索等诸多领域。要真正驾驭这些复杂的智能体，掌握其核心的操作系统和高效的应用编程方法至关重要。《现代智能机器人操作系统与应用编程实践》正是这样一本面向当前行业前沿、深度聚焦实践操作的专业参考书。 本书摒弃了对机器人基础物理结构的冗余描述，直接切入当前工业界和学术界最为主流的机器人软件框架——机器人操作系统（ROS/ROS 2）的深度解析与实战应用。它不仅仅是一本教程，更是一份构建下一代智能系统的蓝图。 核心内容与结构概述： 本书共分为五大部分，逻辑清晰，层层递进，旨在将读者从零基础快速提升至能够独立设计、开发和部署复杂机器人系统的能力。 第一部分：机器人软件架构的基石——ROS 2 深度解析 本部分系统梳理了 ROS 1 到 ROS 2 的关键技术演进，重点解析了 ROS 2 的核心设计理念，如DDS (Data Distribution Service) 通信机制、实时性保障（Real-Time Control）、安全性和模块化构建。我们将详细介绍 Launch 文件的声明式编程、Node 的生命周期管理，以及如何利用 Parameter Server 进行高效的配置管理。此外，还会深入探讨 Topics、Services 和 Actions 这三种核心通信范式的适用场景与最佳实践，特别是针对高频数据流（如传感器数据）的处理优化策略。读者将学会如何使用 Colcon 构建健壮的工作空间，并理解 CMakeLists.txt 和 Package.xml 在依赖管理中的关键作用。 第二部分：核心算法与驱动层的接口实现 智能机器人的“智能”离不开高效的底层驱动与算法融合。本部分聚焦于如何将外部传感器（如激光雷达、深度相机、惯性测量单元IMU）的数据无缝集成到 ROS 2 系统中。我们详细阐述了 URDF/XACRO 模型描述语言在描述机器人运动学和动力学特性上的强大能力，并教授如何使用 RViz2 进行模型可视化与调试。 在控制层面，本书侧重于运动控制接口的实现。我们以主流的MoveIt 2框架为例，讲解如何配置规划组、描述末端执行器，并实现轨迹生成与前馈控制。对于嵌入式系统的对接，我们将介绍如何利用 Micro-ROS 将轻量级控制器与主控节点进行高效通信，确保低延迟的反馈控制回路得以建立。 第三部分：环境感知与三维重建技术实践 现代机器人必须具备“看”世界的能力。本部分完全避开理论推导，直接专注于感知算法的工程化实现。 点云处理： 重点介绍 PCL (Point Cloud Library) 在 ROS 2 中的集成方法，包括滤波（如Voxel Grid）、配准（ICP算法优化）以及特征提取（如FPFH）在实时环境中的应用。 SLAM（即时定位与地图构建）： 选取当前最先进的基于优化的 SLAM 方案（如 ORB-SLAM3 或 Cartographer），详细指导读者如何配置其参数以适应不同的室内外环境，并重点解析如何将 SLAM 结果转化为可供导航系统使用的地图格式（如 `.pgm` 和 `.yaml`）。 第四部分：自主导航系统（Navigation 2）的定制与优化 导航是机器人自主性的核心体现。本书将 Navigation 2 (Nav2) 视为一个高度可插拔的软件系统进行剖析。我们不仅会讲解基础的 Map Server、AMCL（定位）和 BT（行为树）结构，更深入探讨如何根据特定任务需求替换或定制导航栈中的各个组件： 1. 代价地图 (Costmap) 的多层管理： 如何设置局部与全局代价地图的参数，实现对动态障碍物的实时规避。 2. 路径规划器选择与调优： 比较 Dijkstra, A 和 Theta 等经典算法在 Nav2 中的配置与性能差异。 3. 行为树（Behavior Tree）的编程： 使用 YAML 或 C++ 接口定义复杂的任务逻辑，例如“巡检-避障-报告”的序列流程，实现高度灵活的任务调度。 第五部分：机器人应用开发与部署进阶 最终，本书将学习到的知识转化为实际可部署的应用。本部分涵盖了从软件开发到系统部署的全流程： 跨平台部署： 学习使用 Docker/Singularity 容器化技术封装机器人系统，确保不同硬件平台间的环境一致性。 性能分析与调试： 利用 ROS 2 提供的 Tracing (LTTng) 工具和 rqt_plot 对系统延迟、CPU/内存占用进行精细化分析，定位性能瓶颈。 人机交互界面 (HMI)： 介绍如何使用 Web-based UI（例如使用 Node-RED 或 Qt 配合 ROS 2 接口）创建直观的远程监控和控制面板。 读者对象： 本书适合具有一定 C++ 或 Python 编程基础，希望深入学习和实践现代机器人软件开发的工程师、研究生以及高级技术爱好者。它特别适合那些需要快速构建具备自主导航、精确操作和复杂任务处理能力的服务机器人、工业移动机器人（AMR）或无人机的开发团队。通过本书的实践案例，读者将能够迅速掌握构建一个功能完备的智能机器人系统的核心技术栈。

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