【仓库直发】移动机器人SLAM技术 莫宏伟电子工业出版社

第1章  绪论1

1.1  移动机器人的基本概念2

1.1.1  机器人的定义2

1.1.2  移动机器人概述2

1.2  移动机器人的发展3

1.3  移动机器人的分类7

1.3.1  按照应用场景分类7

1.3.2  按照移动机构分类9

1.4  移动机器人的关键技术12

1.4.1  环境建模12

1.4.2  自主定位13

1.4.3  导航规划14

1.5  本章小结15

习题116

第2章  移动机器人的结构17

2.1  引言18

2.2  控制器18

2.2.1  单片机19

2.2.2  嵌入式控制器19

2.2.3  工控机19

2.3  驱动器20

2.3.1  常用的驱动器20

2.3.2  直流电机21

2.3.3  伺服电机23

2.3.4  步进电机24

2.4  传感器24

2.4.1  传感器及其分类25

2.4.2  内部传感器26

2.4.3  外部传感器28

2.5  本章小结33

习题233

第3章  移动机器人的数学模型35

3.1  移动机器人的运动学模型35

3.1.1  移动机器人坐标系36

3.1.2  双轮差速移动机器人的运动学模型38

3.1.3  全方位移动机器人的运动学模型39

3.2  移动机器人的动力学模型42

3.2.1  双轮差速移动机器人的动力学模型42

3.2.2  全方位移动机器人的动力学模型43

3.3  本章小结47

习题347

第4章  移动机器人定位48

4.1  环境地图构建方法49

4.1.1  几何特征地图50

4.1.2  拓扑地图50

4.1.3  点云地图51

4.1.4  八叉树地图53

4.1.5  栅格地图55

4.2  定位问题的分类56

4.2.1  局部定位与全局定位56

4.2.2  静态环境定位与动态环境定位57

4.2.3  被动定位与主动定位57

4.2.4  单机器人定位与多机器人定位58

4.3  定位的常用方法58

4.3.1  GPS定位58

4.3.2  基于地图的定位60

4.3.3  基于概率方法的定位61

4.4  本章小结67

习题467

第5章  移动机器人路径规划68

5.1  引言69

5.2  路径规划的传统算法70

5.2.1  全局路径规划70

5.2.2  局部路径规划80

5.3  基于采样的路径规划86

5.3.1  概率路图法86

5.3.2  快速扩展随机树法88

5.4  现代智能路径规划90

5.4.1  模糊逻辑算法90

5.4.2  神经网络算法92

5.4.3  遗传算法92

5.4.4  蚁群算法94

5.4.5  粒子群优化算法95

5.4.6  禁忌搜索算法96

5.5  案例分析：烟花算法96

5.5.1  基本烟花算法97

5.5.2  基本烟花算法在路径规划中的实现101

5.6  本章小结105

习题5105

第6章  激光SLAM106

6.1  SLAM的概念及分类107

6.2  SLAM的数学表述110

6.2.1  基本概念110

6.2.2  SLAM问题的数学表述111

6.3  滤波激光SLAM113

6.3.1  激光SLAM系统模型114

6.3.2  贝叶斯滤波115

6.3.3  扩展卡尔曼滤波SLAM算法116

6.3.4  粒子滤波118

6.4  Gmapping算法120

6.4.1  FastSLAM算法120

6.4.2  Gmapping算法概述121

6.4.3  Gmapping算法流程123

6.5  图优化SLAM算法131

6.5.1  图优化SLAM算法概述131

6.5.2  图优化SLAM算法原理132

6.6  Cartographer算法134

6.6.1  激光扫描匹配135

6.6.2  闭环检测136

6.6.3  位姿图优化138

6.7  激光SLAM的案例分析140

6.7.1  传感器模型141

6.7.2  基于粒子滤波的移动机器人定位143

6.7.3  环境地图构建147

6.8  本章小结151

习题6152

第7章  视觉SLAM153

7.1  视觉SLAM概述154

7.1.1  视觉SLAM的概念与框架154

7.1.2  视觉SLAM的主要算法155

7.2  视觉前端——视觉里程计157

7.2.1  视觉里程计的数学模型157

7.2.2  特征点法160

7.2.3  直接法170

7.3  后端优化174

7.3.1  基本概念174

7.3.2  状态估计问题174

7.3.3  非线性小二乘175

7.3.4  位姿图优化179

7.4  回环检测181

7.4.1  基本概念181

7.4.2  词袋模型181

7.4.3  评价指标——准确率和召回率184

7.5  案例分析：ORB-SLAM2算法184

7.5.1  ORB-SLAM概述184

7.5.2  ORB-SLAM2基本原理186

7.6  案例分析：动态视觉SLAM188

7.6.1  动态点的识别188

7.6.2  动态视觉SLAM的整体框架194

7.6.3  后端优化197

7.6.4  动态环境下的三维地图构建201

7.7  本章小结205

习题7205

第8章  机器人操作系统207

8.1  ROS简介208

8.1.1  ROS的发展208

8.1.2  ROS的安装208

8.1.3  配置ROS210

8.1.4  测试ROS210

8.2  catkin文件系统211

8.2.1  catkin编译系统211

8.2.2  catkin工作空间212

8.2.3  package功能包213

8.2.4  常见文件类型215

8.3  ROS通信机制217

8.3.1  topic217

8.3.2  service218

8.3.3  action219

8.4  ROS工具220

8.4.1  仿真工具Gazebo220

8.4.2  三维可视化工具RViz220

8.4.3  ROS GUI开发工具rqt220

8.5  本章小结221

习题8221

第9章  移动机器人仿真开发223

9.1  搭建移动机器人模型224

9.2  搭建仿真物理环境模型235

9.3  定位与导航238

9.3.1  键盘控制238

9.3.2  定位与建图239

9.3.3  导航242

9.3.4  自主探索244

9.4  本章小结247

习题9247

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