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机器人系统开发与仿真联调

📚 共计 30 章节

机器人系统概述

机器人定义与分类、系统组成、技术发展史、课程目标与学习路径

机器人运动学基础

空间描述与变换、齐次坐标、DH参数法、正运动学建模

运动学数学

机器人动力学基础

牛顿-欧拉法、拉格朗日法、动力学参数辨识、动力学仿真

动力学仿真

机器人控制系统架构

分层控制架构、实时控制要求、ROS2基础、控制循环设计

传感器与感知系统

传感器分类、激光雷达原理、视觉传感器、IMU与里程计、传感器融合

感知传感器

执行器与驱动系统

电机选型、伺服驱动、PID控制、力控与阻抗控制

执行器驱动

路径规划与导航

全局路径规划（A*、Dijkstra）、局部路径规划（DWA、TEB）、SLAM基础

机械臂运动规划

关节空间规划、笛卡尔空间规划、避障规划、轨迹优化

机械臂规划

ROS2基础与通信机制

节点、话题、服务、动作、参数、launch文件

ROS2工具与调试

rqt、rviz2、ros2cli、bag录制与回放、tf2坐标变换

Gazebo仿真环境搭建

Gazebo安装与配置、世界模型创建、传感器仿真、插件开发

URDF与机器人建模

URDF语法、xacro优化、机器人模型创建、可视化验证

MoveIt2与机械臂控制

MoveIt2架构、运动规划插件、碰撞检测、抓取规划

MoveIt2机械臂

Nav2与移动机器人导航

Nav2架构、行为树、代价地图、全局与局部规划器配置

仿真与实机联调

硬件接口层设计、仿真-实机切换策略、HIL仿真、半实物仿真

机器人操作系统实时性

RT内核配置、实时线程、优先级反转、锁与同步机制

多机器人协同控制

编队控制、分布式控制、通信拓扑、一致性算法

机器人视觉处理

OpenCV基础、图像滤波、特征提取、目标检测（YOLO）

点云处理与3D感知

PCL基础、点云滤波、分割、配准（ICP）、物体识别

机器人抓取与操作

抓取规划、力位混合控制、灵巧手控制、装配任务

移动机器人运动控制

两轮差速模型、阿克曼模型、MPC控制、轨迹跟踪

运动控制移动机器人

无人机系统开发

四旋翼建模、PX4基础、MAVROS、室内外导航

水下机器人系统

ROV建模、水下动力学、声呐感知、水下通信

机器人仿真加速技术

GPU加速、多线程仿真、分布式仿真、降阶模型

机器人系统测试与验证

单元测试、集成测试、回归测试、CI/CD流水线

机器人安全机制

功能安全、急停逻辑、碰撞检测、安全区域监控

机器人人机交互

语音控制、手势识别、AR辅助、遥操作

机器人系统集成案例

仓储机器人、协作机器人、巡检机器人、手术机器人

机器人系统性能优化

代码优化、内存管理、通信优化、能耗优化

前沿技术与未来趋势

具身智能、大模型与机器人、数字孪生、机器人即服务（RaaS）