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在機器人的科研與工業(yè)應用中，機器人仿真與編程技術發(fā)揮著無可替代的作用，因為它一方面能夠對機器人控制算法進行檢驗測試，另一方面給機器人的研發(fā)與測試提供一個無風險且穩(wěn)定的平臺。本書主要內容分為三部分，分別介紹了基于MATLAB機器人工具箱的機器人仿真、3款常用的機器人仿真軟件、機器人操作系統(tǒng)（Robot Operating System,ROS)的基礎和應用。本書所使用的工具包括MATLAB、Simulink、3款常用的機器人仿真軟件和機器人操作系統(tǒng)。本書配套資源豐富，適合作為教材或教輔，也適合各階層的機器人開發(fā)人員和機器人愛好者閱讀。

前言

機器人技術是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志。隨著機器人技術的快速發(fā)展，它的應用領域涉及工業(yè)、服務、航空航天、軍事等方面，因此需要一批熟練掌握機器人技術的創(chuàng)新型人才。

傳統(tǒng)的機器人教材大多側重于對機器人學理論知識的探討，往往涉及比較多的矩陣理論、控制理論的知識，對于讀者來說比較抽象。另一方面，這些知識面難以培養(yǎng)讀者的動手能力，難以取得良好的實踐效果。因此需要將理論與實踐相結合。本書將機器人學的理論和應用相結合，一方面概要地介紹了機器人學的理論，另一方面著力于介紹機器人的仿真和編程技術。

在機器人的科研與工業(yè)應用中，機器人仿真與編程技術發(fā)揮著無可替代的作用，這是因為它一方面能夠對機器人控制算法進行檢驗測試，另一方面給機器人的研發(fā)與測試提供一個無風險且穩(wěn)定的平臺。本書所使用的工具包括MATLAB/Simulink、3款常用的機器人仿真軟件和機器人操作系統(tǒng)(Robot Operating System，ROS)。這些工具一方面可以用于將機器人學的理論知識進行實際驗證與研究，另一方面用于對機器人進行設計、仿真與測試。同時，這些工具大多具有開源的特點，而且它們相互之間有方便快捷的接口，能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)更強大的仿真、編程功能。如今，這些仿真工具都已廣泛應用于機器人設計、研發(fā)和科學研究等方面，尤其是機器人操作系統(tǒng)，成為機器人領域越來越重要的應用系統(tǒng)。

本書的內容主要分為三篇，第一篇介紹了基于MATLAB機器人工具箱的機器人仿真，第二篇介紹了3款常用的機器人仿真軟件，第三篇介紹了機器人操作系統(tǒng)的基礎和應用。

在第一篇中，從機器人學的理論入手，講述了機器人學中的數(shù)學基礎、機器人運動學、機器人動力學、機器人控制和軌跡。然后針對每一部分理論內容，介紹了如何使用MATLAB機器人工具箱去解決相關的問題。最后，以作者的一些科研成果作為實例，介紹了MATLAB機器人工具箱在科研中的應用。

在第二篇中，介紹了3款機器人仿真軟件： VREP、Gazebo和OpenRAVE。它們作為機器人的仿真工具，能夠對機器人及其工作平臺進行3D建模和3D渲染，搭建與現(xiàn)實類似的機器人模型，并具備豐富的物理引擎，能夠對機器人在虛擬的物理條件下的運動進行仿真。

在第三篇中，主要介紹了機器人操作系統(tǒng)。ROS是一個適用于機器人的開源的操作系統(tǒng)。它提供了操作系統(tǒng)應有的服務，包括硬件抽象、底層設備控制、常用函數(shù)的實現(xiàn)、進程間消息傳遞，以及包管理。它也提供用于獲取、編譯、編寫和跨計算機運行代碼所需的工具和庫函數(shù)。這部分主要講述了ROS的概念、應用和相關的基礎，然后以Baxter機器人為應用對象，介紹了ROS在機器人中的相關編程技術。

本書適用于高校的教師作為教材或教輔，同時適合各層次的機器人開發(fā)人員和機器人愛好者閱讀。教師在以本書作為教材時，可以利用本書提供的工具，布置一些能夠鍛煉學生動手能力、激勵學生創(chuàng)新思維的課程作業(yè)。初學機器人學的學生在閱讀本書時，可以參考一些對于機器人學理論介紹更全面的書籍，同時要利用好本書介紹的工具，去動手搭建機器人模型或編寫相關代碼。

　　在本書的編寫過程中得到了編者所在實驗室曾超、羅晶、王行健、彭光柱、吳懷煒、陳垂?jié)伞㈥愋劬�、葉宇航、王尊冉、黃典業(yè)、梁聰垣等的支持和幫助，編者在此表示謝意。

　　由于編者水平有限，對于書中存在的欠缺之處，敬請讀者批評指正。

作者

2017年11月

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