ROS机器人开发：实用案例分析
机器人操作系统设计与开发
机器人操作系统设计与开发在过去的几十年里，机器人已经成为了现代工业和生活中必不可少的一部分。
他们可以帮助我们完成许多重复性、危险性和高精度的作业，促进生产的效率和质量的提高。
这种趋势还将进一步扩展，随着动力系统、感知技术和自主决策的不断进步，机器人已经成为一个高度自主化的智能设备。
这也引发了对机器人操作系统（ROS）设计和开发的研究与讨论的浪潮。
一、机器人操作系统ROS概述机器人操作系统ROS（Robot Operating System）是一个开源的、灵活和深受欢迎的平台，用于设计和开发机器人软件。
在ROS中，机器人被视为一系列节点，每个节点都是一个独立的进程，可以通过ROS的通信机制来协作工作。
ROS提供了一系列工具和库，用于支持无人机、机器人臂、移动机器人和其他硬件设备的各种传感器和控制器的集成。
ROS的开放性和灵活性使得它也可以应用于各种不同的领域，例如人工智能、控制系统、智能物联网、3D打印和自动驾驶等。
二、ROS的架构ROS的核心构架主要由三部分构成：发布-订阅模型、服务客户端模型和参数服务器模型。
发布-订阅模型：该模型通过流水线式的消息传递协议，可以实现高效的实时数据传输和交互。
每个节点都可以连接到一个或多个主题（Topis)进行消息传输，同时可以创建独立的发布者或订阅者节点。
例如，一个移动机器人可以发布它的位置信息到一个主题上，同时另一个视觉传感器可以订阅同一主题获得移动机器人的位置信息，以此来精确跟随机器人的动态。
服务客户端模型：该模型通过request-response协议实现节点间的一对一通信交互。
在该模型中，一个节点可以创建特定的服务提供者，它提供特定的服务（例如，获取传感器数据或控制机器人动作）。
其他节点可以向该服务提供者发送请求，并获得响应结果。
参数服务器模型：该模型用于存储和访问在节点间共享访问的参数值（例如节点ID、配置文件和参数值等），提供更好的参数管理和节点通信机制。
【古月居】ros机器人开发实践笔记
古月居ros机器人开发实践笔记1. 介绍在现代科技领域中，机器人技术的发展日新月异，其中ROS（Robot Operating System）作为一种灵活、模块化的机器人操作系统，为机器人技术的发展提供了无限可能。
本文将从实践的角度出发，共享古月居ROS机器人开发的相关笔记和经验。
2. ROS机器人操作系统概述ROS是一种开源的机器人操作系统，最初由斯坦福大学人工智能实验室开发，旨在为机器人软件开发提供标准化的工具和框架。
ROS的核心理念是模块化和分布式，它采用节点间通信的方式实现模块的协作和通信，使得开发者可以更轻松地构建和管理复杂的机器人系统。
3. 古月居ROS机器人开发实践在古月居，我们积极探索ROS机器人开发的实践经验，包括但不限于以下方面：3.1 硬件评台的选择选择适合ROS开发的硬件评台是机器人开发的首要任务。
我们在考虑机器人的种类、应用场景以及预算等因素后，选择了xxx作为古月居ROS机器人开发的硬件评台。
3.2 系统环境的搭建在硬件评台确定后，下一步是搭建ROS的开发环境。
我们使用xxx操作系统，并按照ROS官方文档的指引，成功搭建了ROS的开发环境。
3.3 ROS软件模块的开发古月居的ROS机器人开发涉及到多个软件模块的开发，包括但不限于导航模块、感知模块、控制模块等。
我们采用xxx语言和xxx框架，通过编写节点间的通信机制，成功实现了各个模块的协作和交互。
3.4 仿真测试与调试在软件模块开发完成后，我们进行了大量的仿真测试与调试工作，以确保机器人的各项功能和性能能够正常运行。
通过ROS提供的仿真工具，我们成功模拟了机器人在不同场景下的行为，并进行了有效的调试和优化。
4. 总结与回顾通过古月居的ROS机器人开发实践，我们意识到ROS作为一种机器人操作系统，不仅能够为机器人软件开发提供强大的工具和框架，更重要的是，它为机器人开发者搭建了一个开放、共享的评台，使得各种不同类型的机器人可以基于ROS进行快速开发和集成，从而推动了整个机器人领域的快速发展和创新。
《基于ROS的智能工业机器人系统的设计与实现》
《基于ROS的智能工业机器人系统的设计与实现》一、引言随着科技的进步和工业自动化的快速发展，智能工业机器人系统在制造业中扮演着越来越重要的角色。
而机器人操作系统（ROS）作为一种开源的、灵活的机器人开发平台，为智能工业机器人系统的设计与实现提供了强大的支持。
本文将详细介绍基于ROS的智能工业机器人系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 需求分析在系统设计阶段，首先进行需求分析。
明确智能工业机器人系统的任务目标，包括物品搬运、加工、检测等。
同时，还需考虑系统的实时性、稳定性、灵活性以及扩展性等要求。
2. 系统架构设计基于需求分析，设计智能工业机器人系统的整体架构。
系统采用分层设计，包括感知层、决策层、执行层。
感知层负责获取环境信息，决策层进行数据处理和决策规划，执行层负责机器人的动作执行。
此外，系统还采用ROS作为开发平台，利用其强大的社区支持和丰富的开发资源。
3. 硬件设计根据系统需求和架构设计，选择合适的硬件设备，包括机器人本体、传感器、执行器等。
同时，考虑硬件的兼容性、稳定性以及成本等因素。
4. 软件设计在软件设计方面，利用ROS平台进行开发。
首先，设计机器人系统的通信机制，确保各部分之间的信息传递畅通。
其次，设计机器人系统的算法和模型，包括感知算法、决策算法、执行算法等。
最后，进行系统集成和调试，确保系统的稳定性和可靠性。
三、系统实现1. 感知层实现感知层主要通过传感器获取环境信息，包括视觉传感器、激光雷达等。
利用ROS提供的传感器驱动程序，实现对传感器的控制和数据的获取。
同时，利用图像处理、物体识别等技术，对获取的数据进行处理和分析。
2. 决策层实现决策层主要负责数据处理和决策规划。
利用ROS提供的各种算法库和工具，实现对数据的处理和分析。
同时，结合机器学习、深度学习等技术，实现决策规划功能。
在决策过程中，还需考虑机器人的运动学模型、动力学模型等因素。
3. 执行层实现执行层主要负责机器人的动作执行。
机器人操作系统ROS的开发与应用实战
机器人操作系统ROS的开发与应用实战机器人操作系统（Robot Operating System，简称ROS）是一个开源的、灵活且具有高度模块化设计的软件平台，它为机器人软件开发提供了一种方便的工具和环境。
ROS的出现，极大地推动了机器人技术的发展，并在学术界和工业界都得到了广泛的应用。
ROS的开发与应用是机器人领域的重要课题之一。
它不仅可以用于机器人的基础功能，如感知、决策、控制等，还可以用于机器人的高级功能，如自动导航、语音识别、物体抓取等。
在机器人开发与应用实战中，ROS发挥了重要的作用。
首先，开发一个ROS的机器人系统需要掌握ROS的基本概念和架构。
ROS采用了一种分布式计算的架构，即将机器人系统划分为多个节点，每个节点可以独立运行，并通过消息系统进行通信。
在ROS中，节点之间通过发布者-订阅者模型进行消息传递，一个节点可以发布消息，其他需要该消息的节点可以订阅接收该消息。
这种设计模式使得机器人系统具有高度的灵活性和可扩展性。
其次，ROS提供了丰富的功能包和工具，可以帮助开发者快速构建机器人系统。
功能包是ROS的基本单元，它可以包含节点、消息定义、服务定义、动作定义等。
ROS提供了很多常用的功能包，如机器人底盘控制、传感器驱动、三维建图、路径规划等。
开发者可以根据自己的需求选择合适的功能包，并进行二次开发和定制。
此外，ROS还支持多种编程语言，如C++和Python，开发者可以根据自己的编程习惯选择合适的语言进行开发。
ROS还提供了强大的工具和库，如RViz可视化工具、Gazebo仿真环境、MoveIt机器人操作库等，可以帮助开发者进行机器人模拟、调试和控制。
在机器人应用实战中，ROS具有广泛的应用领域。
例如，在无人机领域，ROS可以用于无人机的自主导航和任务执行。
开发者可以通过ROS提供的功能包和工具，利用无人机上的传感器获取环境信息，并通过路径规划算法规划无人机的航线，实现无人机的自主飞行和目标追踪。
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》范文
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》篇一一、引言随着科技的发展，机器人技术逐渐成为了社会发展的重要推动力。
机器人移动平台作为机器人技术的重要组成部分，其设计与实现显得尤为重要。
本文将介绍一种基于ROS（Robot Operating System）的机器人移动平台的设计与实现，以期为相关研究和应用提供参考。
二、系统概述本系统采用ROS作为机器人移动平台的开发框架，以实现高度灵活、可扩展的机器人控制。
系统主要由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括电机、轮子、传感器等，软件部分则包括ROS系统、控制器、驱动等。
三、硬件设计1. 电机与轮子：电机是机器人移动平台的核心部件，本系统采用直流无刷电机，具有高效率、低噪音、长寿命等优点。
轮子则采用全向轮设计，使得机器人能够在各种复杂环境下灵活移动。
2. 传感器：传感器是机器人移动平台的重要感知部件，包括里程计、陀螺仪、激光雷达等。
这些传感器能够实时感知机器人的位置、姿态、环境等信息，为机器人的自主导航和路径规划提供数据支持。
四、软件设计1. ROS系统：ROS是一种用于机器人开发的开源框架，具有高度灵活性、可扩展性等特点。
本系统采用ROS作为开发框架，通过ROS提供的各种工具和库，实现机器人移动平台的控制、通信等功能。
2. 控制器：控制器是机器人移动平台的大脑，负责接收传感器数据、计算运动轨迹并控制电机运动。
本系统采用基于ROS的控制器设计，通过编写控制算法，实现机器人的自主导航和路径规划。
3. 驱动：驱动是机器人移动平台的执行部件，负责将控制器的指令转化为电机的运动。
本系统采用基于ROS的驱动设计，通过编写驱动程序，实现电机的高效、稳定运动。
五、实现过程1. 搭建ROS环境：首先需要搭建ROS开发环境，包括安装ROS软件包、配置开发工具等。
2. 硬件连接与配置：将电机、轮子、传感器等硬件设备与计算机连接，并配置相应的驱动程序和参数。
3. 编写代码：根据系统需求，编写ROS节点程序、控制器程序、驱动程序等。
《基于ROS的机器人路径导航系统的设计与实现》
《基于ROS的机器人路径导航系统的设计与实现》一、引言随着科技的飞速发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域，如工业制造、医疗护理、军事侦察等。
其中，机器人路径导航系统是机器人技术的重要组成部分。
本文将介绍一种基于ROS （Robot Operating System）的机器人路径导航系统的设计与实现。
二、系统需求分析首先，我们需要明确系统的需求。
机器人路径导航系统需要实现的功能包括：路径规划、环境感知、障碍物识别以及路径修正等。
在ROS框架下，我们要求系统具有实时性、稳定性以及灵活性等特点。
为了满足这些需求，我们需要对硬件设备进行选型和配置，包括传感器、控制器等。
三、系统设计（一）硬件设计1. 传感器选择：根据系统需求，我们选择合适的传感器进行环境感知和障碍物识别。
如使用激光雷达进行距离测量，使用摄像头进行视觉识别等。
2. 控制器选择：选用高性能的控制器，如FPGA或ARM等，以实现快速、准确的路径规划和控制。
（二）软件设计在ROS框架下，我们采用模块化设计思想，将系统分为以下几个模块：环境感知模块、路径规划模块、控制执行模块等。
1. 环境感知模块：通过传感器获取环境信息，包括障碍物的位置、距离等。
2. 路径规划模块：根据环境信息，采用合适的算法进行路径规划，如A算法、Dijkstra算法等。
3. 控制执行模块：根据路径规划结果，控制机器人进行相应的动作，如移动、旋转等。
四、系统实现（一）环境感知实现我们使用ROS提供的传感器驱动程序，将传感器数据读取并发布到ROS话题中。
然后，通过订阅话题的方式，获取环境信息。
对于不同类型的传感器，我们可以使用不同的数据处理方法进行信息提取。
（二）路径规划实现在路径规划模块中，我们采用A算法进行路径规划。
首先，根据环境信息构建地图模型；然后，从起点到终点搜索可行的路径；最后，返回最优的路径规划结果。
在ROS中，我们可以使用navigation模块来实现这一功能。
《2024年基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》范文
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》篇一一、引言随着科技的快速发展，机器人技术已经深入到各个领域，其中机器人移动平台作为机器人技术的重要组成部分，被广泛应用于工业生产、医疗、服务等多个领域。
近年来，ROS（Robot Operating System）作为一款开放性的机器人开发平台，以其模块化、灵活性的特点受到了广泛的关注。
本文将基于ROS平台，详细介绍一款机器人移动平台的设计与实现。
二、需求分析在设计机器人移动平台之前，首先需要明确平台的使用需求和目标。
在此，我们的设计目标是构建一款能够在复杂环境中自主导航、灵活移动的机器人移动平台。
主要功能包括：自主导航、避障、路径规划等。
同时，考虑到平台的可扩展性和易用性，我们将采用模块化设计，使得平台可以方便地添加新的功能模块。
三、系统设计1. 硬件设计机器人移动平台的硬件部分主要包括底盘、电机、轮子、传感器等。
底盘采用铝合金材质，具有较高的承载能力和稳定性。
电机选用高性能无刷电机，配合轮子实现平稳的移动。
传感器部分包括激光雷达、超声波传感器等，用于实现自主导航和避障功能。
2. 软件设计软件部分采用ROS平台进行开发。
首先，在ROS中创建一个新的工作空间，并添加所需的ROS包。
然后，设计各个模块的通信接口和功能实现。
主要模块包括运动控制模块、传感器数据处理模块、导航模块等。
运动控制模块负责控制电机的运动，传感器数据处理模块负责处理传感器数据并生成导航信息，导航模块则根据传感器数据和地图信息实现自主导航和避障功能。
四、系统实现1. 硬件实现根据硬件设计图，完成机器人移动平台的组装和调试。
确保底盘平稳、电机运转正常、传感器工作稳定。
2. 软件实现在ROS中编写各个模块的代码，实现各个模块的功能。
运动控制模块通过ROS的节点（Node）和发布者（Publisher）实现电机的控制；传感器数据处理模块通过订阅者（Subscriber）获取传感器数据，并进行处理和计算；导航模块则根据地图信息和传感器数据实现自主导航和避障功能。
ROS机器人项目开发11例(原书第2版)
10.4.1 Velodyne LIDAR模拟 10.4.2 ROS下的Velodyne传感器接口 10.4.3激光扫描仪模拟 10.4.4模拟代码扩展 10.4.5 ROS下的激光扫描仪接口 10.4.6 Gazebo下的立体与单目摄像头模拟 10.4.7 ROS下的摄像头接口 10.4.8 Gazebo下的GPS模拟 10.4.9 ROS下的GPS接口
4 11.9 VR下的
TurtleBot模 拟
5 11.10 ROS-
VR应用程序故 障排除
11.11 ROS-VR 应用与Leap
Motion遥操作 功能集成
11.12本章小结
11.4.1可视化Leap Motion控制器数据 11.4.2使用Leap Motion可视化工具 11.4.3安装用于Leap Motion控制器的ROS驱动程序
4 8.4马尔可夫
决策过程与贝 尔曼方程
5
8.5强化学习 算法
8.6 ROS中的 强化学习功能
包
8.7本章小结
8.2.1监督学习 8.2.2无监督学习 8.2.3强化学习
8.3.1探索与开发 8.3.2强化学习公式 8.3.3强化学习平台 8.3.4机器人领域的强化学习应用
8.5.1出租车问题应用示例 8.5.2 TD预测 8.5.3 TD控制
5.4.1 Moveit简介 5.4.2安装与配置Moveit 5.4.3通过Moveit控制机械臂
5.5.1环境地图构建与保存 5.5.2选择目标点 5.5.3添加目标点 5.5.4状态机构建
6.1技术要求
6.2集群机器人基本 概念
6.3集群机器人分类
6.4 ROS中的多机器 人通信
6.6多机器人应用 示例
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5.1 Xacro的特 点
5.3 在Gazebo中控 制关节式机器人手
臂
B
5.4 本章小结
D
5 构建模拟的机器人手臂
5.1 Xacro的特点
扩展Xacro
5 构建模拟的机器人手臂
5.2.1 使用 Xacro属性标签
5.2.3 使用Xacro的 包含与宏标签
5.2.2 使用roslaunch 启动rrbot
1.5.1 ROS清 单
1.5.2 探索 ROS功能包
1.5 ROS的功能包与清单
1 ROS初体验
1.6.2 ROS 节点管理器
1.6.1 ROS 节点
1.6.3 确定 节点和主题 的ROS命令
1.6 ROS节点与ROS节点管理器
1 ROS初体验
01
1.7.1 启动 Turtlesim
节点
02
1.7.2 Turtlesim
04
1.3.4 安 装ROS Indigo
05
1.3.5 初 始化
rosdep
03
1.3.3 设置 Ubuntu系统
密钥
06
1.3.6 环 境设置
1.3 安装并启动ROS
1.3.7 安装rosinstall
1 ROS初体验
1.3 安装并启动ROS
1.3.8 故障排除——ROS 环境测试
1 ROS初体验
3.5 联接上网本与远 程计算机
3.2 下载TurtleBot模 拟器软件
3.4 控制一台真正的 TurtleBot机器人的准备
3.6 TurtleBot机器人 的硬件规格参数
3 TurtleBot机器人操控
3.7 移动真实的 TurtleBot机器人
3.9 TurtleBot机器人的 里程计
3.11 本章小结
4 TurtleBot机器人导航
A
C
E
4.2 配置TurtleBot机 器人并安装3D传感器软
件
4.4 运行ROS可 视化节点
4.6 本章小结
4.1 TurtleBot机 器人的3D视觉系统
4.3 独立模式下 测试3D传感器
4.5 TurtleBot 机器人导航
B
D
F
4 TurtleBot 机器人导航
05
7.1.5 添 加传感器
06
7.1.6 四 旋翼飞行 器的通信
7.1 四旋翼飞行器简介
7 空中机 器人基本 操控
7.2 四旋翼飞行器 的传感器
https://
7.2.1 惯性测量 单元
A
7.2.2 四旋翼飞 行器状态传感器
B
7 空中机器人基本操控
7.3.1 四旋翼飞 行器检测
7.4 在无人机中使用ROS
7.6 Crazyflie 2.0简介
7 空中机器人基本操控
01
7.7 Bebop 简介
02
7.8 本章 小结
7 空中机器人基本操控
01
7.1.1 风 靡的四旋 翼飞行器
02
7.1.2 滚转 角、俯仰角
与偏航角
03
7.1.3 四 旋翼飞行
器原理
04
7.1.4 四 旋翼飞行 器的组成
B
6.8.3 关节速度 控制演示
C
6.8.4 其他示例
D
6.8.5 视觉伺服 和抓握
E
6 机器人手臂摇摆的关节控制
6.8 控制真实的Baxter机器人
07
7 空中机器人基本操控
7 空中机器人基本操控
7.1 四旋翼飞行器简介
7.3 放飞前的准备工作 7.5 Hector四旋翼飞行器
简介
7.2 四旋翼飞行器的传感 器
5.3.3 在Gazebo中 查看机器人手臂
5.3.5 采用ROS命 令行控制机器人手
臂
B
D
F
06
6 机器人手臂摇摆的关节控制
2017
6 机器人手臂摇摆的关节控制
6.2 Baxter的 手臂
2019
6.4 在Gazebo 中启动Baxter
模拟器
2021
6.6 MoveIt简 介
01
02
03
04
4.1 TurtleBot机器 人的3D视觉系统
https://
4.1.2 3D传 感器对比
1
2
3
4.1.1 3D视觉 传感器原理
4.1.3 障碍物 规避的缺陷
4 TurtleBot机器人导航
4.2.1 Kinect
4.2.3 摄像头软 件结构
4.2.2 ASUS与 PrimeSense
6 机器人手臂摇摆的关节控制
6.2 Baxter的手臂
6 机器人手臂摇摆的关节控制
6.3.1 安装 Baxter SDK软件
6.3.3 配置 Baxter shell
6.3.2 安装 Baxter模拟器
6.3.4 安装 MoveIt
6.3 下载Baxter软件
6 机器人手臂摇摆的关节 控制
6.4 在Gazebo中启动Baxter模拟器
7.3.3 飞行中的 注意事项
7.3.2 飞行前检 测列表
7.3 放飞前的准备工作
7.3.4 需要遵循 的规则和条例
7 空中机 器人基本 操控
7.5 Hector四旋翼 飞行器简介
https://
7.5.1 下载 Hector
Quadrotor功能包
7.5.2 在Gazebo 中启动Hector四旋
https://
01
3.7.1 采用键盘远程控制 TurtleBot机器人移动
02
3.7.2 采用ROS命令控制 TurtleBot机器人移动
03
3.7.3 编写第一个Python脚本程 序控制TurtleBot机器人移动
3 TurtleBot机器人操控
3.8.1 rqt_grap h
节点
03
1.7.3 Turtlesim 主题与消息
04
1.7.4 Turtlesim的 参数服务器
05
1.7.5 移 动乌龟的 ROS服务
1.7 第一个ROS机器人模拟程 序——Turtlesim
02
2 构建一个模拟的两轮ROS机器人
2 构建一个模拟的两轮ROS机器人
2.1 rviz
2.2 生成并构建 ROS功能包
5.2.4 给机器人 手臂添加网格
5.2 采用Xacro建立一个关节 式机器人手臂URDF
5 构建模拟的机器人手臂
5.3 在Gazebo中控制关节式机器人手臂
A
C
E
5.3.2 将机器人手 臂固定在世界坐标
系下
5.3.4 给Xacro 添加控件
5.3.6 采用rqt 控制机器人手臂
5.3.1 添加Gazebo 特定的元素
2.3.3 添加轮 子
04
2.3.4 添加小 脚轮
05
2.3.5 添加颜 色
06
2.3.6 添加碰 撞属性
2.3 构建差分驱动的机器人 URDF
2 构建一 个模拟的 两轮ROS 机器人
2.3 构建差分驱动的机器人 URDF
https://
1
2.3.7 移动轮子
2
2.3.8 tf和 robot_state_publபைடு நூலகம்sher简介
6.1 Baxter简介
A
6.1.1 Baxter， 一款研究型机器人
6.1.2 Baxter 模拟器
B
6.2.1 Baxter的俯仰关 节
6.2.3 Baxter的坐标系
6.2.5 Baxter手臂抓手
6.2.2 Baxter的滚转关 节
6.2.4 Baxter手臂的控 制模式
6.2.6 Baxter手臂的传 感器
2.3 构建差分驱动 的机器人URDF
2.4 Gazebo
2.5 本章小结
2 构建一个模拟的两轮ROS机器人
2.1.1 安装 和启动rviz
1
2.1.2 使 用rviz
2
2.1 rviz
2 构建一个模拟的两轮ROS机器人
01
2.3.1 生成机 器人底座
02
2.3.2 使用 roslaunch
03
6.4.1 启动Baxter模拟器 6.4.2 “热身”练习 6.4.3 弯曲Baxter手臂 6.4.4 Baxter手臂控制器的调校
6 机器人 手臂摇摆 的关节控 制
6.5 Baxter手臂与正向运动学
https://
6.5.1 关节 与关节状态 发布器
6.5.3 rviz 下的tf坐标 系
4.5.1 采用 TurtleBot机器人
构建房间地图
4.5.2 采用 TurtleBot机器人
实现自主导航
4.5.3 rqt_reconfigur
e
4.5.4 进一步 探索ROS导航
4.5 TurtleBot机器人导航
05
5 构建模拟的机器人手臂
5 构建模拟的机器人手臂
A
C
5.2 采用Xacro建 立一个关节式机器
6.5.2 理解 tf
6.5.4 查看 机器人元素 的tf树
6 机器人手臂摇摆的关节控制
壹
6.6.1 采用MoveIt给 Baxter手臂进行运动规划
贰
6.6.2 在场景中添加物 体
6.6 MoveIt简介
叁
6.6.3 采用MoveIt进 行避障运动规划
6.8.1 控制关节 到达航路点
A
6.8.2 控制关节 的力矩弹簧
4.2.4 术语界定
4.2 配置TurtleBot机器人并 安装3D传感器软件