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ROS機器人開發實踐

為了解決文本轉語音的問題，作者胡春旭 這樣論述：

本書在介紹ROS總體框架和理論要點的基礎上，講解ROS的通信機制、常用組件和進階功能；同時以實踐為主，講解機器視覺、機器聽覺、SLAM與導航、機械臂控制、機器學習等多種ROS應用的主要原理和實現方法；並分析基於ROS的機器人系統設計方法和典型實例；后論述ROS2的框架特點和使用方法，剖析ROS的發展方向。 胡春旭，網名古月，華中科技大學自動化學院碩士。目前主要從事機器人控制系統的研究開發。作為國內最早—批ROS開發者，具備多年開發、應用經驗，參與研 發過服務機器人、機械臂等機器人產品。曾獲開源硬體與嵌入式大賽機器人組全國冠軍，飛思卡爾杯智慧汽車競賽全國一等獎，中國人工智慧

機器人學術會議十佳論 文等獎項。   推薦序一 推薦序二 推薦序三 前言 第1章 初識ROS 1.1ROS是什麼 1.1.1ROS的起源 1.1.2ROS的設計目標 1.1.3ROS的特點 1.2如何安裝ROS 1.2.1作業系統與ROS版本的選擇 1.2.2配置系統軟體源 1.2.3添加ROS軟體源 1.2.4添加金鑰 1.2.5安裝ROS 1.2.6初始化rosdep 1.2.7設置環境變數 1.2.8完成安裝 1.3本書源碼下載 1.4本章 小結 第2章 ROS架構 2.1ROS架構設計 2.2計算圖 2.2.1節點 2.2.2消息 2.2.3話題 2.2.4服務 2

.2.5節點管理器 2.3檔案系統 2.3.1功能包 2.3.2元功能包 2.4開源社區 2.5ROS的通信機制 2.5.1話題通信機制 2.5.2服務通信機制 2.5.3參數管理機制 2.6話題與服務的區別 2.7本章 小結 第3章 ROS基礎 3.1第一個ROS常式——小烏龜模擬 3.1.1turtlesim功能包 3.1.2控制烏龜運動 3.2創建工作空間和功能包 3.2.1什麼是工作空間 3.2.2創建工作空間 3.2.3創建功能包 3.3工作空間的覆蓋 3.3.1ROS中工作空間的覆蓋 3.3.2工作空間覆蓋示例 3.4搭建Eclipse開發環境 3.4.1安裝Eclipse 3.4

.2創建Eclipse工程檔 3.4.3將工程導入Eclipse 3.4.4設置標頭檔路徑 3.4.5運行／偵錯工具 3.5RoboWare簡介 3.5.1RoboWare的特點 3.5.2RoboWare的安裝與使用 3.6話題中的Publisher與Subscriber 3.6.1烏龜常式中的Publisher與Subscriber 3.6.2如何創建Publisher 3.6.3如何創建Subscriber 3.6.4編譯功能包 3.6.5運行Publisher與Subscriber 3.6.6自訂話題消息 3.7服務中的Server和Client 3.7.1烏龜常式中的服務 3.7.2

如何自訂服務資料 3.7.3如何創建Server 3.7.4如何創建Client 3.7.5編譯功能包 3.7.6運行Server和Client 3.8ROS中的命名空間 3.8.1有效的命名 3.8.2命名解析 3.8.3命名重映射 3.9分散式多機通信 3.9.1設置IP位址 3.9.2設置ROS_MASTER_URI 3.9.3多機通信測試 3.10本章 小結 第4章 ROS中的常用組件 4.1launch開機檔案 4.1.1基本元素 4.1.2參數設置 4.1.3重映射機制 4.1.4嵌套複用 4.2TF座標變換 4.2.1TF功能包 4.2.2TF工具 4.2.3烏龜常式中的TF 4

.2.4創建TF廣播器 4.2.5創建TF監聽器 4.2.6實現烏龜跟隨運動 4.3Qt工具箱 4.3.1日誌輸出工具（rqt_console） 4.3.2計算圖視覺化工具（rqt_graph） 4.3.3資料繪圖工具（rqt_plot） 4.3.4參數動態配置工具（rqt_reconfigure） 4.4rviz三維視覺化平臺 4.4.1安裝並運行rviz 4.4.2數據視覺化 4.4.3外掛程式擴展機制 4.5Gazebo模擬環境 4.5.1Gazebo的特點 4.5.2安裝並運行Gazebo 4.5.3構建模擬環境 4.6rosbag資料記錄與重播 4.6.1記錄資料 4.6.2重播數據

4.7本章 小結 第5章 機器人平臺搭建 5.1機器人的定義 5.2機器人的組成 5.2.1執行機構 5.2.2驅動系統 5.2.3傳感系統 5.2.4控制系統 5.3機器人系統搭建 5.3.1MRobot 5.3.2執行機構的實現 5.3.3驅動系統的實現 5.3.4內部傳感系統的實現 5.4基於RaspberryPi的控制系統實現 5.4.1硬體平臺RaspberryPi 5.4.2安裝Ubuntu16.04 5.4.3安裝ROS 5.4.4控制系統與MRobot通信 5.4.5PC端控制MRobot 5.5為機器人裝配攝像頭 5.5.1usb_cam功能包 5.5.2PC端驅動攝像頭

5.5.3RaspberryPi驅動攝像頭 5.6為機器人裝配Kinect 5.6.1freenect_camera功能包 5.6.2PC端驅動Kinect 5.6.3RaspberryPi驅動Kinect 5.6.4Kinect電源改造 5.7為機器人裝配雷射雷達 5.7.1rplidar功能包 5.7.2PC端驅動rplidar 5.7.3RaspberryPi驅動rplidar 5.8本章 小結 第6章 機器人建模與模擬 6.1統一機器人描述格式——URDF 6.1.1＜link＞標籤 6.1.2＜joint＞標籤 6.1.3＜robot＞標籤 6.1.4＜gazebo＞標籤 6.2創建

機器人URDF模型 6.2.1創建機器人描述功能包 6.2.2創建URDF模型 6.2.3URDF模型解析 6.2.4在rviz中顯示模型 6.3改進URDF模型 6.3.1添加物理和碰撞屬性 6.3.2使用xacro優化URDF 6.3.3xacro文件引用 6.3.4顯示優化後的模型 6.4添加感測器模型 6.4.1添加攝像頭 6.4.2添加K{nect 6.4.3添加雷射雷達 6.5基於ArbotiX和rviz的模擬器 6.5.1安裝ArbotiX 6.5.2配置ArbotiX控制器 6.5.3運行模擬環境 6.6ros_control 6.6.1ros_control框架 6.6.2控

制器 6.6.3硬體介面 6.6.4傳動系統 6.6.5關節約束 6.6.6控制器管理器 6.7Gazebo模擬 6.7.1機器人模型添加Gazebo屬性 6.7.2在Gazebo中顯示機器人模型 6.7.3控制機器人在Gazebo中運動 6.7.4攝像頭模擬 6.7.5Kinect模擬 6.7.6雷射雷達模擬 6.8本章 小結 第7章 機器視覺 7.1ROS中的圖像資料 7.1.1二維圖像資料 7.1.2三維點雲數據 7.2攝像頭標定 7.2.1camera_calibration功能包 7.2.2啟動標定程式 7.2.3標定攝像頭 7.2.4標定Kinect 7.2.5載入標定參數的設定檔

7.3OpenCV庫 7.3.1安裝OpenCV 7.3.2在ROS中使用OpenCV 7.4人臉識別 7.4.1應用效果 7.4.2源碼實現 7.5物體跟蹤 7.5.1應用效果 7.5.2源碼實現 7.6二維碼識別 7.6.1ar_track_alvar功能包 7.6.2創建二維碼 7.6.3攝像頭識別=維碼 7.6.4Kinect識別二維碼 7.7物體識別 7.7.1ORK功能包 7.7.2建立物體模型庫 7.7.3模型訓練 7.7.4三維物體識別 7.8本章 小結 第8章 機器語音 8.1讓機器人聽懂你說的話 8.1.1pocketsphinx功能包 8.1.2語音辨識測試 8.1.3

創建語音庫 8.1.4創建launch文件 8.1.5語音指令識別 8.1.6中文語音辨識 8.2通過語音控制機器人 8.2.1編寫語音控制節點 8.2.2語音控制小烏龜運動 8.3讓機器人說話 8.3.1sound_play功能包 8.3.2語音播放測試 8.4人工智慧標記語言 8.4.1AIML中的標籤 8.4.2Python中的AIML解析器 8.5與機器人對話 8.5.1語音辨識 8.5.2智能匹配應答 8.5.3文本轉語音 8.5.4智慧對話 8.6讓機器人聽懂中文 8.6.1下載科大訊飛SDK 8.6.2測試SDK 8.6.3語音聽寫 8.6.4語音合成 8.6.5智慧語音助手 8

.7本章 小結 第9章 機器人SLAM與自主導航 9.1理論基礎 9.2準備工作 9.2.1感測器資訊 9.2.2模擬平臺 9.2.3真實機器人 9.3gmapping 9.3.1gmappmg功能包 9.3.2gmapping節點的配置與運行 9.3.3在Gazebo中模擬SLAM 9.3.4真實機器人SLAM 9.4hectOr—Slam 9.4.1hector—slam功能包 9.4.2hector_mappmg節點的配置與運行 9.4.3在Gazebo中模擬SLAM 9.4.4真實機器人SLAM 9.5cartographer 9.5.1cartographer功能包 9.5.2官方d

emo測試 9.5.3cartographer節點的配置與運行 9.5.4在Gazebo中模擬SLAM 9.5.5真實機器人SLAM 9.6rgbdslam 9.6.1rgbdslam功能包 9.6.2使用資料包實現SLAM 9.6.3使用Kinect實現SLAM 9.7ORB.SLAM 9.7.1ORB_SLAM功能包 9.7.2使用資料包實現單目SLAM 9.7.3使用攝像頭實現單目SLAM 9.8導航功能包 9.8.1導航框架 9.8.2move_base功能包 9.8.3amcl功能包 9.8.4代價地圖的配置 9.8.5本地規劃器配置 9.9在rviz中模擬機器人導航 9.9.1創建

launch文件 9.9.2開始導航 9.9.3自動導航 9.10在Gazebo中模擬機器人導航 9.10.1創建launch文件 9.10.2運行效果 9.10.3即時避障 9.11真實機器人導航 9.11.1創建launch文件 9.11.2開始導航 9.12自主探索SLAM 9.12.1創建launch文件 9.12.2通過rviz設置探索目標 9.12.3實現自主探索SLAM 9.13本章 小結 …… 第10章 Movelt！機械臂控制 第11章 ROS與機器學習 第12章 ROS進階功能 第13章 ROS機器人實例 第14章 ROS 2 Foreword 推薦序一“

古月”容易讓人想到古龍筆下的大俠。 大俠的特質是：開山建宗，隨而遁影山林，空余武林紛說大俠的故事。 古月在CSDN留下了那些優美的博文——《ROS探索總結》，啟蒙了多少人，開啟了多少人對ROS的嚮往？隨後，古月卻“消失”了，任憑人們談論著：“古月是誰？”“古月在哪裡？” 2017年年初，我無意間看到古月另建了一個獨立網站並發佈了一些與ROS和機器人相關的博文，馬上意識到“古月回來了”。遂邀請古月參加一年一度的ROS暑期學校。這樣在2017年7月底，我們有幸在上海華東師範大學一睹古月尊容，也讓很多學員在這裡接受了ROS啟蒙。 2018年1月25日，上海大雪，路過2015年ROS暑期學校的舉辦地—

—數學館201，以及2016年和2017年的舉辦地——理科樓B222，想像著古月踏雪歸來。這次他帶著這本ROS武林秘笈，秉承ROS的開放精神，與更多的人分享ROS的基礎和應用實踐，尤其是包含最新的ROS 2.0的介紹。我想最可貴的是，此ROS武林秘笈通俗易懂。 古月的這本書註定將成為ROS江湖人手一本的“武林寶典”。 張新宇博士華東師範大學智慧型機器人運動與視覺實驗室負責人機器人作業系統（ROS）暑期學校創辦人推薦序二 Foreword2011年，當國內ROS資料還很匱乏的時候，正在讀本科的古月同學為了開發一款機器人，一邊摸索自學一邊總結撰寫了《ROS探索總結》系列博客。由於其博文條理清晰、主

題豐富並具有很強的可操作性，文章一經發佈便深受廣大ROS網友的熱愛。從此“古月大神”便成為群裡熱議的話題，“古月大神又出新文章啦！大家快去擼一擼啊！”……後來，古月同學研究生畢業後就投身于機器人創業的時代浪潮，博客也便沉寂了許久。 你不在江湖，江湖卻一直有你的傳說！ 記得是2015年冬天的一個深夜，我已經上床準備睡覺了，突然收到一個群聊資訊，原來是機械工業出版社華章公司的張國強先生邀請我一起建議古月出版一本ROS相關的圖書，我就從多年來學習閱讀《ROS探索總結》的體會以及升級為圖書後的風格和思路提了幾點簡單建議，大家也交換了一些經驗和想法，當時古月表示可以考慮出書。說實話，我也深知出書是一件耗

時費力的苦差事。當初我曾接受出版社邀約，拉了幾個小夥伴團結在一起甚至想合力完成一本書，最後卻也未能克服困難堅持下來，更別說一個人寫了。尤其是對於古月這樣一位創業者，時間成本更是巨大！ 在2016年創辦的星火計劃ROS公開課以及華東師範大學ROS暑期學校等活動中，我們邀請古月一起合作進行了多次授課。他不僅僅講課深入淺出，每次在實踐環節小夥伴們調試機器人時，常常會被各種“坑”折磨得焦頭爛額、欲哭無淚，當小夥伴們含淚請教古月老師且自己還沒講清楚情況時，古月僅掃一眼，馬上就會胸有成竹地說：“是不是這個現象？你應該這麼解決……”此情此景，讓我不由得想起了一句話：“今天你遇到的坑，都是我當年走過的路。”可

見古月不僅文筆好，實戰能力也是超群。 後來也多次得知他創業繁忙，心中也暗自揣度出書的事情恐怕是要擱淺了。然而一直到2017年12月26日，突然收到古月發的一條資訊。 “Hi，Top，還記得兩年前籌備的那本書嗎？現在終於寫完了，希望邀請您寫一個推薦序，不知是否方便？” 哇，這可真是大驚喜啊！我連忙打開電腦下載郵件，並將檔列印裝訂成書，放下手頭的工作，重啟“ROS探索之旅”，幾個晚上看下來總體感覺如下。 首先，書的內容主要源自古月個人項目開發的經驗習得，書名中的“實踐”二字恰如其分！其次，書雖是源自《ROS探索總結》系列博文，但也絕不是博文的簡單彙集，不僅內容上有了非常大的充實（增加了多個新的章節

）和更新（跟蹤至2017年12月ROS的最新進展），而且在結構編排上也更適合閱讀和上機操作。厚厚的書稿承載著作者滿滿的誠意，除去國外某兩本由ROS論文合集組成的圖書，本書也是目前為止國內外已出版的內容最豐富的一本ROS相關圖書。可見作者為此書花費了大量的心血！最後，作者對書中的示例代碼進行了認真的調試，也做了大量的修改和注釋。 作為人工智慧的綜合實體平臺，當前阻礙機器人實現大規模應用的一項主要障礙就是軟硬的不標準化（只能專用，無法通用）。每每針對某個特定應用場景設計機器人時，都需要花費大量成本和努力來對機器人進行設計和程式設計。即使完成之後，如果需要對機器人功能進行一個很小的改動，整個系統都需

要進行成本很高的重新設計和開發，顯然這是不符合可持續和可繼承要求的，其限制了機器人的大規模應用與推廣。 正如60年前軟體行業放棄了從頭編寫程式的工作模式，ROS的出現是機器人開發的一場革命。如同從軟體庫和模組開始構建軟體一樣，通過ROS可以將機器人的標準演算法常式化、軟體模組化、成果共用化，後人可通過組合軟體庫和模組來實現十分複雜的功能。ROS有效地降低了工程的複雜度和工作量，讓我們不僅可以很快地搭建出機器人系統，而且能夠實現大型團隊的協同工作與成果複用。這也正是我們努力推廣ROS的主要動因。 願與大家一同享受探索的歡喜！ 劉錦濤（Top）博士易科機器人實驗室（ExBot Robotics）

文本轉語音進入發燒排行的影片

公車站牌語音助理之設計與實現

為了解決文本轉語音的問題，作者饒家豪 這樣論述：

本論文提出了一種基於谷歌AIY語音套件v1.0的公車站牌語音助理，通過網際網路提供語音到文本，文本到語音以及公車資訊的功能。整合這些功能，所提出的智慧語音助理音箱可以達成我們研究的目標。使用者只需按下按鈕並說出公車路線名稱，即可通過所提出的智慧語音助理音箱方便地獲取公共公車資訊。本款智慧語音助理音箱可在配備谷歌語音識別擴充板(Google Voice Hat)的樹莓派3 B型開發板上運行。它接收使用者的語音命令，然後執行語音到文本的轉換，從大臺北公車eBus網站抓取相對公車的預估到達時間，執行文本到語音的轉換，並向使用者播放正確的公車資訊音頻。未來，我們可以在智慧語音助理音箱中添加更多服務，

以獲得更多相關信息，例如即時天氣預報服務，時間報時服務，計程車服務等。

語音用戶界面設計：對話式體驗設計原則

為了解決文本轉語音的問題，作者（美）CATHY PEARL 這樣論述：

本書是一本由擁有17年從業經驗的資深語音用戶界面設計(VUI)系統設計專家Cathy Pearl撰寫的語音設計經典，從VUI系統簡史開始講述，包括了語音用戶界面設計的基本原則，VUI系統設計中必不可少的人物模型設計，還包括一些語音用戶界面設計的進階知識，如語音識別技術，自然語言理解、情感分析、數據收集和文本語音轉換策略等，另外還介紹了語音界面用戶測試的知識，以及VUI在投入實際使用后需要注意的地方，特別提到了包括家庭助理設備和可穿戴設備等如何設計VUI系統。Cathy Pearl，Sensely 用戶體驗總監，為Sensely 創造了富有同理心和對話性的虛擬護士形象。在Nu

ance和微軟任職期間，為銀行、航空、醫療公司設計了多款VUI系統，也是福特SYNC系統的設計師。在沃爾沃任職期間，她創造的對話式 ipad app 使用戶可以從 Esquire magazine的生活專欄作家獲得建議，與聖誕老人聊天或者與脫口秀演員說笑。

一個以開放街圖與維基百科為基礎的觀光用語音導覽系統 - 以緬甸曼德勒宮殿為例

為了解決文本轉語音的問題，作者李繼勤 這樣論述：

在本研究中，我們為旅行緬甸曼德勒的遊客提出了一個語音導覽系統。該系統利用移動設備上的2D地圖來呈現，幫助遊客以更有效和寓教於樂的方式享受他們訪問的信息。首先，從維基百科中提取曼德勒宮的相關信息和圖片。然後根據其地理數據將這些信息聚集到不同的POI(景點所在位置)標籤中。此外，為了方便使用者，文本信息將被轉換為語音文件，並在以後以多種語言播放。通過利用智能手機的功能，系統從訪客的手機中收集GPS數據，並在附近的POI標籤上顯示他/她在開放街圖上的當前位置。當使用者的位置與POI標籤一致時，POI的語音將自動播放。此外，附近的POI標籤為遊客提供有用的信息，以便他們計劃他們的路線，以享受和理解他

們所訪問的地方。最後，該系統還允許使用者添加和上傳特定景點的信息，從而允許景點管理者間接地與訪客互動。