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本書是“十三五”江蘇省高等學校重點教材。全書貫徹“理論與實際相結合，教學與實踐相統一，緊跟當前SLAM研究重點”的思想，以ROS系統作為平臺，以Turtlebot機器人為載體，以實際應用為紐帶，在ROS系統中實現各種SLAM演算法。 全書共分為5章。第1章介紹SLAM的基本定義、分類及其數學模型，對ROS系統進行簡要描述，分析在ROS系統下基於鐳射特徵點的SLAM技術和基於視覺的SLAM技術的特點。第2章詳細分析一些典型的基於向量的SLAM演算法和基於隨機有限集的SLAM演算法的基本原理及其實現。第3章給出ROS系統的詳細安裝步驟以及部分常用的ROS系統基本操作命令，並以Turtlebot機器人為載體進行基礎功能包的安裝和測試。第4章首先介紹用於SLAM的ROS相關工具及其使用，然後分別介紹基於雷射雷達的Gmapping、Hector SLAM、Cartographer的原理，以及在機器人Turtlebot上的演算法實現。第5章介紹基於視覺的MonoSLAM、ORBSLAM2工作原理及其實現步驟，同時介紹多機器人視覺SLAM系統和地圖融合實現過程。 本書可作為機器人工程、自動化、機械電子工程、智慧製造工程等相關專業高年級本科生或者研究生的教材，也可供相關工程技術人員參考。
第1章緒論1 1.1SLAM簡介1 1.1.1SLAM的基本定義1 1.1.2SLAM的分類3 1.2ROS簡介5 1.3基於ROS系統的SLAM技術6 1.3.1基於鐳射的SLAM技術7 1.3.2基於視覺的SLAM技術8 1.4SLAM技術的未來發展13 1.5本章小結14 參考文獻14 第2章SLAM演算法簡介與實現15 2.1SLAM演算法簡介15 2.1.1SLAM演算法分類15 2.1.2不同種類SLAM演算法的 特點16 2.2基於向量的SLAM經典演算法19 2.2.1EKFSLAM演算法基本原理19 2.2.2EKFSLAM演算法的MATLAB 模擬驗證23 2.2.3FastSLAM演算法基本原理23 2.2.4FastSLAM演算法的MATLAB 模擬27 2.3基於隨機有限集的SLAM演算法27 2.3.1隨機有限集27 2.3.2基於隨機有限集的SLAM28 2.3.3PHDSLAM演算法基本原理29 2.3.4PHDSLAM演算法的MATLAB 模擬驗證33 2.4本章小結34 參考文獻34 第3章基於ROS系統的SLAM 技術36 3.1ROS系統36 3.1.1ROS的版本介紹和安裝38 3.1.2ROS檔案系統級45 3.1.3ROS計算圖級47 3.1.4ROS開源社區級50 3.2ROS系統基本操作51 3.2.1創建工作空間51 3.2.2創建ROS功能包及功能包 編譯52 3.2.3ROS節點的使用53 3.2.4ROS主題與節點的交互55 3.2.5ROS服務的使用57 3.2.6節點的創建和編譯58 3.2.7服務和消息檔的創建和 使用62 3.2.8Launch開機檔案68 3.3基於ROS系統的機器人實踐69 3.3.1Turtlebot介紹69 3.3.2Turtlebot功能包安裝和 配置71 3.3.3機器人底盤測試73 3.3.4機器人感測器測試73 3.3.5機器人跟隨功能實現74 3.3.6基於ROS的多機通信配置75 3.4基於ROS系統的SLAM開源 方案78 3.4.1基於雷射雷達的SLAM演算法78 3.4.2基於視覺的SLAM演算法79 3.5本章小結80 參考文獻81 第4章基於特徵估計的鐳射SLAM 技術82 4.1ROS相關工具的使用82 4.1.1rviz和Gazebo的簡介82 4.1.2Gazebo的使用83 4.1.3rviz的使用85 4.1.4Turtlebot機器人在Gazebo中的 模擬87 4.1.5Turtlebot機器人在rviz中的 顯示89 4.2雷射雷達感測器89 4.2.1雷射雷達探測原理89 4.2.2基於ROS的雷射雷達驅動 安裝90 4.3基於鐳射的Gmapping演算法91 4.3.1Gmapping背景91 4.3.2Gmapping演算法原理92 4.3.3Gmapping功能包的安裝95 4.3.4Gmapping演算法在Turtlebot上的 實現98 4.4基於鐳射的Hector SLAM演算法101 4.4.1Hector SLAM背景101 4.4.2Hector SLAM演算法原理102 4.4.3Hector SLAM功能包的 安裝105 4.4.4Hector SLAM演算法在Turtlebot上 的實現107 4.5基於鐳射的Cartographer演算法109 4.5.1Cartographer背景109 4.5.2Cartographer演算法原理110 4.5.3Cartographer功能包的 安裝113 4.5.4Cartographer演算法在Turtlebot 上的實現117 4.6本章小結123 參考文獻124 第5章基於視覺SLAM技術125 5.1經典視覺SLAM框架125 5.2視覺感測器及其基礎演算法126 5.2.1視覺感測器126 5.2.2視覺里程計129 5.2.3後端優化137 5.2.4回環檢測140 5.3MonoSLAM演算法144 5.3.1MonoSLAM背景144 5.3.2MonoSLAM演算法145 5.3.3MonoSLAM功能包的安裝150 5.3.4MonoSLAM實現152 5.4ORBSLAM2演算法155 5.4.1ORBSLAM2背景155 5.4.2ORBSLAM2演算法155 5.4.3ORBSLAM2功能包的 安裝162 5.4.4ORBSLAM2在Turtlebot上的 實現166 5.5多機器人視覺SLAM技術簡介171 5.5.1多機器人系統171 5.5.2機器人相互識別173 5.5.3地圖融合策略177 5.5.4地圖融合182 5.6本章小結182 參考文獻182
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