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本書以智能機(jī)器人開發(fā)的基本技術(shù)為主要脈絡(luò)，以 ROS 作為核心開發(fā)平臺(tái)，以企業(yè)真實(shí)產(chǎn)品為載體，以崗位能力要求為導(dǎo)向。本書主要內(nèi)容包括智能機(jī)器人認(rèn)知與組成架構(gòu)、智能機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、智能機(jī)器人環(huán)境建圖、智能機(jī)器人自主導(dǎo)航、智能機(jī)器人自主無線充電、智能機(jī)器人避障、智能機(jī)器人語音控制、智能機(jī)器人目標(biāo)跟隨、智能機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制、智能機(jī)器人的機(jī)械臂視覺抓取、智能機(jī)器人目標(biāo)檢測(cè)、智能機(jī)器人戴口罩人臉識(shí)別、智能機(jī)器人倉儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)、智能機(jī)器人導(dǎo)游應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)、智能機(jī)器人家政服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)。

魏彥，女，湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究生畢業(yè)，主持多項(xiàng)課程項(xiàng)目教改研究課題，指導(dǎo)學(xué)生參加技能大賽獲得優(yōu)異成績(jī)，長(zhǎng)期從事人工智能方向的技術(shù)研究和教學(xué)，具有豐富的實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

目 錄
工作場(chǎng)景 1 智能機(jī)器人系統(tǒng)搭建
工作項(xiàng)目 1 智能機(jī)器人認(rèn)知與組成架構(gòu) ............................................................................................... 2
1.1 智能機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) ............................................................................................ 2
1.1.1 智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈 ................................................................................................................... 2
1.1.2 智能機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)格局 ........................................................................................................... 3
1.1.3 智能機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) ........................................................................................................... 6
1.2 智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) ...................................................................................................................... 6
1.3 典型的智能機(jī)器人及智能機(jī)器人的組成 ................................................................................... 9
1.3.1 典型的智能機(jī)器人 ................................................................................................................... 9
1.3.2 智能機(jī)器人的組成 ................................................................................................................. 11
1.4 智能機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺(tái) .................................................................................................................... 13
工作項(xiàng)目 1 練習(xí) ....................................................................................................................................... 19
工作項(xiàng)目 2 智能機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制 ........................................................................................................... 21
2.1 ROS 通信方式 ................................................................................................................................. 21
2.2 底盤控制節(jié)點(diǎn).................................................................................................................................. 22
2.2.1 kobuki 功能包架構(gòu) ................................................................................................................. 22
2.2.2 底盤控制節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)代碼 ......................................................................................................... 23
2.3 速度話題消息.................................................................................................................................. 24
2.4 多種控制方式的優(yōu)先級(jí) ................................................................................................................ 24
工作項(xiàng)目 2 練習(xí) ....................................................................................................................................... 28
工作項(xiàng)目 3 智能機(jī)器人環(huán)境建圖 ........................................................................................................... 30
3.1 SLAM ................................................................................................................................................ 30
3.1.1 地圖 ......................................................................................................................................... 30
3.1.2 算法 ......................................................................................................................................... 32
智能機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)
3.2 Cartographer ..................................................................................................................................... 32
3.2.1 Cartographer 簡(jiǎn)介 ................................................................................................................... 32
3.2.2 Cartographer 安裝 ................................................................................................................... 34
工作項(xiàng)目 3 練習(xí) ....................................................................................................................................... 43
工作項(xiàng)目 4 智能機(jī)器人自主導(dǎo)航 ........................................................................................................... 45
4.1 Navigation 自主導(dǎo)航 ...................................................................................................................... 45
4.1.1 Navigation 架構(gòu) ...................................................................................................................... 45
4.1.2 自適應(yīng)蒙特卡洛定位節(jié)點(diǎn) ..................................................................................................... 50
4.2 參數(shù)含義 .......................................................................................................................................... 51
4.2.1 amcl 定位節(jié)點(diǎn)參數(shù) ................................................................................................................ 51
4.2.2 代價(jià)地圖公用參數(shù) ................................................................................................................. 52
4.2.3 全局代價(jià)地圖參數(shù) ................................................................................................................. 53
4.2.4 局部代價(jià)地圖參數(shù) ................................................................................................................. 53
4.3 參數(shù)配置示例.................................................................................................................................. 54
4.3.1 amcl 定位算法節(jié)點(diǎn) ................................................................................................................ 54
4.3.2 代價(jià)地圖公用參數(shù) ................................................................................................................. 55
4.3.3 全局代價(jià)地圖參數(shù) ................................................................................................................. 56
4.3.4 局部代價(jià)地圖參數(shù) ................................................................................................................. 56
4.3.5 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器 planner 參數(shù) ....................................................................................................... 57
4.3.6 導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)文件 ................................................................................................................. 58
4.4 Navigation 多點(diǎn)導(dǎo)航 ...................................................................................................................... 59
4.4.1 導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)動(dòng)作通信 ................................................................................................................. 59
4.4.2 多點(diǎn)導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn) ................................................................................................................. 61
工作項(xiàng)目 4 練習(xí) ....................................................................................................................................... 67
工作項(xiàng)目 5 智能機(jī)器人自主無線充電.................................................................................................. 70
5.1 無線充電技術(shù)原理 ......................................................................................................................... 70
5.1.1 電磁感應(yīng)式 ............................................................................................................................. 70
5.1.2 微波輻射式 ............................................................................................................................. 70
5.1.3 磁耦合諧振式 ......................................................................................................................... 71
5.2 自主無線充電案例 ......................................................................................................................... 72
5.2.1 自主無線充電硬件系統(tǒng) ......................................................................................................... 72
5.2.2 自主無線充電軟件系統(tǒng) ......................................................................................................... 73
工作項(xiàng)目 5 練習(xí) ....................................................................................................................................... 80
- VI -
目錄
工作場(chǎng)景 2 智能機(jī)器人能力展現(xiàn)
工作項(xiàng)目 6 智能機(jī)器人避障 .................................................................................................................... 84
6.1 傳感器測(cè)距 ...................................................................................................................................... 84
6.1.1 超聲波測(cè)距原理 ..................................................................................................................... 84
6.1.2 激光雷達(dá)測(cè)距原理 ................................................................................................................. 85
6.2 智能機(jī)器人避障案例 .................................................................................................................... 86
6.2.1 超聲波避障案例 ..................................................................................................................... 86
6.2.2 激光雷達(dá)避障案例 ................................................................................................................. 93
工作項(xiàng)目 6 練習(xí) ..................................................................................................................................... 106
工作項(xiàng)目 7 智能機(jī)器人語音控制 ......................................................................................................... 109
7.1 語音處理技術(shù)................................................................................................................................ 109
7.1.1 語音模塊 ............................................................................................................................... 110
7.1.2 語音合成 ............................................................................................................................... 113
7.1.3 語音識(shí)別 ............................................................................................................................... 114
7.2 語音控制運(yùn)動(dòng)案例 ....................................................................................................................... 120
7.2.1 語音控制運(yùn)動(dòng)思路 ............................................................................................................... 120
7.2.2 識(shí)別語法與節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn) ........................................................................................................... 121
工作項(xiàng)目 7 練習(xí) ..................................................................................................................................... 127
工作項(xiàng)目 8 智能機(jī)器人目標(biāo)跟隨 ......................................................................................................... 129
8.1 基于視覺的目標(biāo)跟隨 .................................................................................................................. 129
8.1.1 目標(biāo)跟隨算法 ....................................................................................................................... 129
8.1.2 目標(biāo)跟隨技術(shù)現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 130
8.2 基于深度攝像頭的目標(biāo)跟隨 ..................................................................................................... 131
8.2.1 深度攝像頭啟動(dòng) ................................................................................................................... 131
8.2.2 目標(biāo)跟隨節(jié)點(diǎn) ....................................................................................................................... 133
工作項(xiàng)目 8 練習(xí) ..................................................................................................................................... 136
工作項(xiàng)目 9 智能機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制 ...................................................................................... 139
9.1 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) .............................................................................................................. 139
9.1.1 笛卡兒空間路徑規(guī)劃 ........................................................................................................... 140
9.1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解 ........................................................................................................................... 140
9.1.3 關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃 ............................................................................................................... 140
9.1.4 軌跡插補(bǔ) ............................................................................................................................... 141
- VII -
智能機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)
9.1.5 伺服控制器 ........................................................................................................................... 141
9.2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方式 ..................................................................................................... 142
9.2.1 MoveIt ................................................................................................................................... 142
9.2.2 手寫的運(yùn)動(dòng)控制解算包 ....................................................................................................... 146
工作項(xiàng)目 9 練習(xí) ..................................................................................................................................... 155
工作項(xiàng)目 10 智能機(jī)器人的機(jī)械臂視覺抓取 .................................................................................... 157
10.1 機(jī)械臂視覺抓取概述 ................................................................................................................ 157
10.1.1 機(jī)械臂與攝像頭的相對(duì)位置 ............................................................................................. 157
10.1.2 攝像頭啟動(dòng)與內(nèi)參標(biāo)定 ..................................................................................................... 159
10.1.3 物體識(shí)別定位 ..................................................................................................................... 162
10.2 機(jī)械臂視覺抓取案例 ................................................................................................................ 163
10.2.1 機(jī)械臂視覺抓取思路 ......................................................................................................... 163
10.2.2 視覺抓取節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn) ............................................................................................................. 164
工作項(xiàng)目 10 練習(xí) ................................................................................................................................... 174
工作項(xiàng)目 11 智能機(jī)器人目標(biāo)檢測(cè)....................................................................................................... 176
11.1 目標(biāo)檢測(cè) ...................................................................................................................................... 176
11.1.1 目標(biāo)檢測(cè)的發(fā)展 ................................................................................................................. 176
11.1.2 目標(biāo)檢測(cè)相關(guān)概念 ............................................................................................................. 177
11.2 目標(biāo)檢測(cè)模型 ............................................................................................................................. 179
11.3 OpenVINO 簡(jiǎn)介 ......................................................................................................................... 179
11.4 目標(biāo)檢測(cè)案例 ............................................................................................................................. 180
工作項(xiàng)目 11 練習(xí) ................................................................................................................................... 187
工作項(xiàng)目 12 智能機(jī)器人戴口罩人臉識(shí)別 ........................................................................................ 189
12.1 人臉識(shí)別概述 ............................................................................................................................. 189
12.2 人臉識(shí)別發(fā)展歷史 ..................................................................................................................... 190
12.3 人臉識(shí)別的難點(diǎn) ......................................................................................................................... 190
12.4 人臉識(shí)別的用途 ......................................................................................................................... 190
工作項(xiàng)目 12 練習(xí) ................................................................................................................................... 200
工作場(chǎng)景 3 智能機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)
工作項(xiàng)目 13 智能機(jī)器人倉儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā) .................................................................................... 204
13.1 智慧物流 ...................................................................................................................................... 204
13.1.1 由來 ..................................................................................................................................... 204
- VIII -
目錄
13.1.2 體系架構(gòu) ............................................................................................................................. 205
13.2 倉儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)案例 ............................................................................................................ 206
13.2.1 功能分析 ............................................................................................................................. 206
13.2.2 功能開發(fā)接口 ..................................................................................................................... 207
13.2.3 應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā) ..................................................................................................................... 207
工作項(xiàng)目 13 練習(xí) ................................................................................................................................... 218
工作項(xiàng)目 14 智能機(jī)器人導(dǎo)游應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā) .................................................................................... 222
14.1 功能分析 ...................................................................................................................................... 222
14.2 應(yīng)用開發(fā)接口 ............................................................................................................................. 223
14.3 應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā) ............................................................................................................................. 223
工作項(xiàng)目 14 練習(xí) ................................................................................................................................... 233
工作項(xiàng)目15 智能機(jī)器人家政服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā) .................................................................................. 238
15.1 功能分析 ...................................................................................................................................... 238
15.2 應(yīng)用開發(fā)接口 ............................................................................................................................. 239
15.2.1 導(dǎo)航動(dòng)作服務(wù)接口 ............................................................................................................. 239
15.2.2 二維碼識(shí)別定位話題接口 ................................................................................................. 239
15.2.3 機(jī)械臂服務(wù)接口 ................................................................................................................. 239
15.2.4 語音處理通信接口 ............................................................................................................. 239
15.3 應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā) ............................................................................................................................. 239
15.3.1 編程思路 ............................................................................................................................. 239
15.3.2 節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)與實(shí)現(xiàn) ................................................................................................................. 240
工作項(xiàng)目 15 練習(xí) ................................................................................................................................... 254
- IX