机器人编程从入门到精通

从ROS基础到SLAM导航,从硬件平台到运动控制,全栈掌握机器人开发技能

课程目录

第一章:ROS基础

ROS核心概念(节点/话题/服务/参数)
工作空间与功能包
消息通信机制
launch文件与rqt工具
ROS2新特性

第二章:硬件平台

机器人底盘(差速/全向/麦轮)
电机驱动(直流/步进/舵机)
传感器选型(激光雷达/相机/IMU)
单片机与开发板(Arduino/树莓派/Jetson)
电源与电路设计

第三章:运动控制

运动学模型(正/逆运动学)
PID控制算法
路径规划(A*/RRT/DWA)
轨迹跟踪
机械臂控制(MoveIt)

第四章:传感器融合

激光雷达数据处理
相机标定与视觉处理(OpenCV)
IMU姿态解算
多传感器融合(卡尔曼滤波/EKF)
深度学习目标检测(YOLO)

第五章:SLAM与导航

SLAM原理(GMapping/Cartographer/ORB-SLAM)
地图构建与保存
路径规划(全局/局部)
避障算法
自主导航系统

第六章:实战项目

智能小车(巡线/避障/跟随)
机械臂抓取系统
无人配送机器人
ROS仿真(Gazebo)
项目部署与调试

学习路线

第1-2周: ROS基础 + Python编程
第3-4周: 硬件平台搭建与电路设计
第5-6周: 运动控制与PID调参
第7-8周: 传感器融合与视觉处理
第9-10周: SLAM建图与自主导航
第11-12周: 完整项目开发与调试

技能树

基础技能:
├─ Linux系统操作
├─ Python/C++编程
├─ Git版本控制
└─ 电路基础知识

核心技能:
├─ ROS/ROS2框架
├─ 运动学与控制
├─ 传感器数据处理
├─ SLAM与导航
└─ 机器视觉

硬件技能:
├─ 单片机编程
├─ 电机驱动电路
├─ 传感器接口
└─ PCB设计基础

硬件平台推荐

入门级(￥500-1000)

Arduino Uno + L298N电机驱动 + 超声波传感器
差速小车底盘 + 舵机云台

进阶级(￥2000-5000)

树莓派4B + ROS + 激光雷达(RPLIDAR A1)
全向/麦轮底盘 + 深度相机(RealSense)

专业级(￥10000+)

Jetson Xavier + 多线激光雷达(VLP-16)
工业机械臂 + 力传感器
自主导航平台

面试准备清单

[ ] 理解ROS节点通信机制(话题/服务)
[ ] 掌握PID控制原理与调参
[ ] 了解差速机器人运动学模型
[ ] 熟悉至少一种SLAM算法(GMapping/Cartographer)
[ ] 能够使用OpenCV处理图像
[ ] 掌握A*/Dijkstra路径规划算法
[ ] 了解卡尔曼滤波原理
[ ] 完成至少1个机器人实战项目