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·前言·

背景

“仙俠”劇中的御劍飛行,劍就像擁有靈魂一樣,能自行飛到任何地方。也許,我們很難造出一把神劍,但是我們卻可以造出一輛“指哪去哪”的自主移動機器人。本書更像一本“失傳已久”的武功秘籍,帶你系統學習如何搭建輪式自主移動機器人(文中簡稱輪式機器人)。

10年前我還是大學生,為了參加全國電子專業人才設計與技能大賽,白天在圖書館一筆一畫地抄代碼(為了增強理解,將代碼抄到本上),晚上到實驗室做驗證實驗,盡管那時候還年輕,精力旺盛,但還是累壞了,尤其是搜索不到感興趣的智能車制作系列,那段時期過后,感覺像是靈魂出了竅,輪胎放了炮,很久沒有精氣神。畢業后,在電子、計算機相關行業工作了近10年,通過不斷地學習新知識,借助博客和機器人愛好者分享互動等,我對機器人的理解有了一個質的變化,機器人不再是簡單的機器人,而是具有自主意識的機器人。后來,眾多的網友咨詢和鼓勵我將博客上的這些技術文章整理成書,經過一年的辛苦整理,終于有了您面前的這本書。

本書內容

本書囊括了約20種算法,仿真實驗23次,真車實驗上百次,可展示的實驗數據和配圖幾百張,是真正意義上的以實驗數據為導向、以調試分析為原則的作品。

本書分為三部分,第1~3章為基礎知識部分,介紹機器人的基礎知識,包括輪式機器人的底盤結構、驅動結構、開發軟件、通信協議等。第4~9章為技術提升部分,涉及內容較多,每章內容都是由淺入深、循序漸進,機器人涉及的核心和關鍵知識皆有提及,包括建圖、路徑規劃、導航避障等。該部分反復強調 “避障需有圖”的原則,講解常見的算法并編寫代碼進行驗證。本部分的特色在于將云平臺融入機器人系統,實現異地遠程控制、地圖路徑規劃等。第10~12章為實戰案例部分,介紹云平臺的相關使用說明、室內建圖機器人、ROS的搭建和節點開發,是對前9章知識的總結和驗證。

案例

本書涉及的開發語言有C/C++、Python、JavaScript、HTML、Shell等。書中案例主要使用C/C++和Python編寫,其中,使用C/C++編寫的程序全部在Ubuntu 18.04版和樹莓派Raspbian 系統中編譯通過,Python程序支持Python 2.7和Python 3.x,書中的原理圖和代碼可以掃描本書的“案例源代碼”二維碼下載。

致謝

感謝河北科技師范學院包長春教授對我參賽時的幫助以及寫書時的支持!

感謝北京理工大學賜予我“德以明理、學以精工”的治學理念!

感謝我的父母將我養育成人,感謝我的兄長、親戚、朋友們的支持。

感謝我的愛人楊雪娜在懷孕至哺乳期對娃兒的悉心照料,我才能靜心寫作,順利交稿,感謝!

感謝清華大學出版社這個大舞臺能讓我發光!

感謝網友和同事們的支持!感謝開源作者!

最后,感謝博客上的所有讀者,是你們的期待讓我動力十足!

本書難免有疏漏和不足之處,懇請各位同行和讀者批評指正。

特別感謝奧松機器人于欣龍、吳朝霞、安麗麗、劉金雷、Eric、王航、林瑞和、李杉、李曉波、賈明華、王興興、吳功富、 田松召、李歌、王淑芹提出的針對性的建議,以及對部分源代碼的審核等幫助。

個人寄托

在編寫此書的過程中,查閱了大量的文獻,比較有感觸的是大部分的知名算法是由國外學者發明,并以他們的名字或者規則命名,希望今后有更多的知名算法能來自國內的學者,并且以他們的姓名或者定義的規則命名,讓國內的算法百花爭艷!

愿讀者在本書的幫助下快速實現自己的自主移動機器人。

愿智能機器人和無人駕駛技術進一步發展,實現更大價值!共勉!

交流

由于編者水平有限,書中難免存在疏漏之處,希望讀者指出書中不足,共同進步。

李德

2022年 3月于北京

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