基于ROS系统的机器人设计与实验

第1章绪论

1.1什么是ROS

1.2为什么要学习机器人软件平台

1.3为什么选择ROS

1.4学习ROS需要准备什么

第2章Linux系统安装

2.1情况AMBR传统bios+单硬盘

2.1.1准备

2.1.2安装

2.2情况B MBR传统bios+双硬盘

2.3情况CUEFI新式bios+单硬盘

2.3.1准备

2.3.2安装

2.4情况DUEFI新式bios+双硬盘

2.5以上任意一种情况+电脑有特殊独立显卡

第3章Linux基础操作

3.1Linux 入门简介

3.2Linux终端

3.2.1Linux 端技巧

3.2.2什么是 shell

3.3文件与目录

3.3.1FHS与目录树·

3.3.2文件与目录指令

3.4软件管理

3.4.1解压缩

3.4.2软件包管理

3.4.3软件包操作

第4章ROS系统安装

第5章ROS基础操作

第6章TurtleBot 仿真实验

第7章TurtleBot 2实体机器人初探

第8章SLAM基础

参考文献

第1章绪论

1.1什么是ROS

根据ROS(robot operating system)官方的定义，ROS是编写机器人软件的一个灵活的框架。它是一个工具、库和协议的集合，旨在简化在各种机器人平台上完成复杂而健壮的机器人行为任务。这句话现在可能还难以理解，在之后的学习实践中，会不断加深对ROS的认识。

ROS是一组软件库和工具，可帮助构建机器人应用程序。从驱动程序到高级算法，再到强大的开发人员工具，ROS均可满足机器人项目的需求，而且都是开源的。

不同于Windows、Linux、Mac,甚至Android、iOS等系统,ROS名字中虽然有operating system，但它并不是一个传统的操作系统，而是元操作系统(meta-operating system)。它需要利用Ubuntu、Windows这些现有的操作系统来完成相关功能。为了方便当前阶段的学习，只需要把ROS看作一个专门为机器人开发应用程序的软件框架（software framework）和软件平台就好，不要把它当作"operating system"。

1.2为什么要学习机器人软件平台

从零开发一个有使用价值的机器人是非常困难的，个人、实验室或者机构想依靠着自己的力量从头开始，几乎是不可能的。设想以下情况，为了控制一种机械臂，写了大量的代码，这时候又来了另一种，是不是又要写一堆呢？能不能进行代码的复用呢？一个算法工程师，并不了解机器人硬件结构，如何能将他开发的算法机器人软件平台被开发的根本原因就是想让全世界机器人研究人员一起来解用到机器人上面呢？

机器人软件繁多且复杂造成的问题，提高代码复用率，避免重复造轮子。例如，同样一个导航算法，既可以在机器人A上面运行，又可以在机器人B上面运行，只要遵从了相关的约定，大家的机器人都可以用这个来导航，即使开发人员并不十分了解Dijkstra、A等算法。至于机器人硬件，很多硬件可以结合软件平台抽象出来，即使没有（非常好的）专业硬件知识，也可以用软件平台开发硬件程序。就像即使根本不知道手机芯片长什么样，也可以开发手机App。

1.3为什么选择ROS

既然还有OpenRTM、OROCOS、OPRoS等软件平台，那么我们为什么要选择ROS呢?首先ROS是这些软件平台里面使用人数最多的，社区也是最活跃的，目前也越来越火。上到NASA的太空机器人，下到地面上的自动驾驶汽车，ROS受到越来越多教学、科研工作者的青睐。既然要学，当然要选择一个热门的，资源多、教学多、扩展性好的工具。就像学习拥有数不清的库的Python语言一样，数据分析、应用开发、人工智能无所不能。只要开发者多，就有更多的资源，更好的生态系统。况且，要是你有兴趣、有时间，在学习了ROS的基础上，再去上手其他的机器人系统就是驾轻就熟了。

……

本书根据高等院校人工智能专业“人工智能工具与AI平台应用开发实践”课程的基本要求编写。本书的主要内容是基于ROS系统, 在TurtleBot平台上实现机器人的导航与控制。本书在实验内容上兼具实用性与趣味性, 针对性强, 学生先进行仿真实验, 再将仿真的内容移植到实体机器人上。这样的设计既可以让学生深入了解实验原理, 又能够体会到“让机器人动起来”的成就感。