机器人仿真与编程技术_杨辰光李智军许扬_9787302490487

在机器人的科研与工业应用中，机器人仿真与编程技术发挥着无可替代的作用，因为它一方面能够对机器人控制算法进行检验测试，另一方面给机器人的研发与测试提供一个无风险且稳定的平台。本书主要内容分为三部分，分别介绍了基于MATLAB机器人工具箱的机器人仿真、3款常用的机器人仿真软件、机器人操作系统（Robot Operating System,ROS)的基础和应用。本书所使用的工具包括MATLAB、Simulink、3款常用的机器人仿真软件和机器人操作系统。本书配套资源丰富，适合作为教材或教辅，也适合各阶层的机器人开发人员和机器人爱好者阅读。

前言

机器人技术是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。随着机器人技术的快速发展，它的应用领域涉及工业、服务、航空航天、军事等方面，因此需要一批熟练掌握机器人技术的创新型人才。

传统的机器人教材大多侧重于对机器人学理论知识的探讨，往往涉及比较多的矩阵理论、控制理论的知识，对于读者来说比较抽象。另一方面，这些知识面难以培养读者的动手能力，难以取得良好的实践效果。因此需要将理论与实践相结合。本书将机器人学的理论和应用相结合，一方面概要地介绍了机器人学的理论，另一方面着力于介绍机器人的仿真和编程技术。

在机器人的科研与工业应用中，机器人仿真与编程技术发挥着无可替代的作用，这是因为它一方面能够对机器人控制算法进行检验测试，另一方面给机器人的研发与测试提供一个无风险且稳定的平台。本书所使用的工具包括MATLAB/Simulink、3款常用的机器人仿真软件和机器人操作系统(Robot Operating System，ROS)。这些工具一方面可以用于将机器人学的理论知识进行实际验证与研究，另一方面用于对机器人进行设计、仿真与测试。同时，这些工具大多具有开源的特点，而且它们相互之间有方便快捷的接口，能够发挥各自的优势，实现更强大的仿真、编程功能。如今，这些仿真工具都已广泛应用于机器人设计、研发和科学研究等方面，尤其是机器人操作系统，成为机器人领域越来越重要的应用系统。

本书的内容主要分为三篇，第一篇介绍了基于MATLAB机器人工具箱的机器人仿真，第二篇介绍了3款常用的机器人仿真软件，第三篇介绍了机器人操作系统的基础和应用。

在第一篇中，从机器人学的理论入手，讲述了机器人学中的数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制和轨迹。然后针对每一部分理论内容，介绍了如何使用MATLAB机器人工具箱去解决相关的问题。最后，以作者的一些科研成果作为实例，介绍了MATLAB机器人工具箱在科研中的应用。

在第二篇中，介绍了3款机器人仿真软件： VREP、Gazebo和OpenRAVE。它们作为机器人的仿真工具，能够对机器人及其工作平台进行3D建模和3D渲染，搭建与现实类似的机器人模型，并具备丰富的物理引擎，能够对机器人在虚拟的物理条件下的运动进行仿真。

在第三篇中，主要介绍了机器人操作系统。ROS是一个适用于机器人的开源的操作系统。它提供了操作系统应有的服务，包括硬件抽象、底层设备控制、常用函数的实现、进程间消息传递，以及包管理。它也提供用于获取、编译、编写和跨计算机运行代码所需的工具和库函数。这部分主要讲述了ROS的概念、应用和相关的基础，然后以Baxter机器人为应用对象，介绍了ROS在机器人中的相关编程技术。

本书适用于高校的教师作为教材或教辅，同时适合各层次的机器人开发人员和机器人爱好者阅读。教师在以本书作为教材时，可以利用本书提供的工具，布置一些能够锻炼学生动手能力、激励学生创新思维的课程作业。初学机器人学的学生在阅读本书时，可以参考一些对于机器人学理论介绍更全面的书籍，同时要利用好本书介绍的工具，去动手搭建机器人模型或编写相关代码。

　　在本书的编写过程中得到了编者所在实验室曾超、罗晶、王行健、彭光柱、吴怀炜、陈垂泽、陈雄君、叶宇航、王尊冉、黄典业、梁聪垣等的支持和帮助，编者在此表示谢意。

　　由于编者水平有限，对于书中存在的欠缺之处，敬请读者批评指正。

作者

2017年11月

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