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本書帶你入門學(xué)習(xí)如何使用樹莓派與Arduino構(gòu)建一個具有高級功能的機器人。本書將一步步地講授構(gòu)建機器人的過程，你將學(xué)到如何利用樹莓派提供的強大計算能力，如何利用Arduino與傳感器和電動機進行更好的交互，并利用這些優(yōu)點來構(gòu)建機器人硬件系統(tǒng)。同時學(xué)會Python編程基礎(chǔ)知識，并利用其進行更強大的智能功能開發(fā)。然后通過使用OpenCV和USB網(wǎng)絡(luò)攝像頭，你將制造一個可以追逐球的機器人。
本書適合開始探索機器人領(lǐng)域的創(chuàng)客、愛好者和學(xué)生閱讀。本書將幫助你快速入門智能機器人的設(shè)計、構(gòu)建與開發(fā)，掌握相關(guān)的硬件設(shè)計搭建與軟件編程開發(fā)能力，讓你帶著樂趣逐步探索機器人世界。

前言
機器人學(xué)不一定很難。通過本書，我將帶你走進機器人世界，這次學(xué)習(xí)之旅將是富有挑戰(zhàn)性的。在本書的后，你將親身接觸到機器人學(xué)的許多基本的和一些特別的方面。你將會學(xué)習(xí)使用多種硬件，組裝并焊接電路板，用兩種編程語言編寫代碼，安裝和配置Linux操作系統(tǒng)環(huán)境，以及使用計算機視覺技術(shù)。你用機器人所做的其他事情都是本書中所學(xué)的知識的延伸。

本書適用讀者
本書適合電子和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的入門學(xué)習(xí)者，想要學(xué)習(xí)樹莓派或Arduino的人，以及想將它們結(jié)合使用的人閱讀。
本書也是為那些想學(xué)習(xí)更多有關(guān)機器人知識的愛好者準備的。也許你已經(jīng)用Arduino構(gòu)建了一些電路，或者用樹莓派定制過家庭娛樂系統(tǒng)，但現(xiàn)在你感興趣的是如何構(gòu)建一個機器人。你將會學(xué)習(xí)如何使這兩個設(shè)備協(xié)同工作，以提供非常強大的功能。
本書也是為需要快速學(xué)習(xí)更多技術(shù)的人準備的，他們不一定有時間來廣泛閱讀有關(guān)Arduino、樹莓派、電子或編程方面的眾多不同書籍，他們尋求的是對一些基本知識進行一個廣泛而高效的介紹。
本書還是為那些想提高自己機器人編程經(jīng)驗的學(xué)生準備的，他們想學(xué)習(xí)處理硬件和軟件的方法，以進一步向他們在學(xué)校或?qū)I(yè)領(lǐng)域看到的知名的人學(xué)習(xí)。
書中沒有對經(jīng)驗或技術(shù)背景作任何假設(shè)。當你閱讀這些章節(jié)時，你可能會發(fā)現(xiàn)有的部分很熟悉，那么完全可以跳過這些內(nèi)容。但是如果你對這些主題還很陌生，我會嘗試給你一個簡潔而快速的講解。

內(nèi)容概覽
我們先學(xué)習(xí)樹莓派及如何使用它。下載并安裝Raspbian操作系統(tǒng)，然后為我們的項目配置樹莓派。目標是將你的系統(tǒng)設(shè)置為能夠輕松訪問機器人，并直接在機器人上編寫代碼。
在實現(xiàn)遠程訪問樹莓派之后，你將在第3章深入研究Python編程。我將向你展示如何在樹莓派上編寫簡單的程序。我還會介紹一些基礎(chǔ)知識，再介紹一些進階主題，例如模塊和類。這是長的一個章節(jié)，因為有很多內(nèi)容要涵蓋。
從那之后，你將學(xué)習(xí)如何通過樹莓派的GPIO插頭將樹莓派與外部電子設(shè)備（如傳感器和LED）連接起來。第4章會討論尋址插頭上的引腳的不同方式，通過插頭暴露的一些功能，以及如何使用超聲波測距傳感器檢測物體。這會讓你為下一章做好準備，下一章我將介紹Arduino。
在第5章，你會將Arduino和樹莓派結(jié)合起來使用。我討論了這樣做的一些原因。我將向你展示如何使用ArduinoIDE編寫程序。我會介紹兩個板之間的串口通信以及如何在它們之間來回傳遞信息。我們通過上一章中使用的超聲波測距傳感器來實現(xiàn)這一點。
第6章將讓你用樹莓派來轉(zhuǎn)動電動機。你會用一個叫作HAT或擴展板的特殊板來控制電動機。在這里我將介紹另一項技能，你將不可避免地在制造機器人的過程中用到它，那就是焊接。插頭和端子需要焊接到項目中選擇的接線板上，你會獲得大量的實踐經(jīng)驗。
在第7章中，我們將把所有的東西合在一起。你來構(gòu)建機器人，而我會討論機器人的一些物理特性。我將介紹一些設(shè)計注意事項，當你設(shè)計自己的底盤時需要牢記在心。雖然我為這個項目列出了一個特定的底盤套件，但你并不需要使用相同的東西。事實上，我鼓勵你探索其他選擇，并找到一個適合自己的。
在第8章，我將介紹另一種類型的傳感器紅外傳感器，并向你展示如何使用一種非常常見的控制算法PID控制器。我會討論各種類型的紅外傳感器，以及它們的使用場合（關(guān)于PID控制的章節(jié)會討論它是什么以及為什么要使用它）。
第9章是關(guān)于計算機視覺的，在這里你可以看到樹莓派的真正力量。在本章中，我將介紹一個名為OpenCV的開源軟件包。到第9章結(jié)束時，你的小型機器人將能圍著桌子追逐一個球。
我在第10章留給你一些挑戰(zhàn)的想法。我提供了一些我學(xué)到的技巧，并讓你一窺我的工作流程和工具。之后，你就可以開始你自己的機器人冒險了！

原書前言
關(guān)于作者
關(guān)于技術(shù)審校者
第1章　機器人學(xué)導(dǎo)論 1
　1.1　機器人學(xué)基礎(chǔ) 1
　　1.1.1　Linux操作系統(tǒng)和機器人學(xué) 2
　　1.1.2　傳感器和GPIO 3
　　1.1.3　運動和控制 3
　1.2　樹莓派和Arduino 4
　1.3　項目概覽 5
　　1.3.1　機器人 5
　　1.3.2　物料清單 5
　1.4　小結(jié) 10
第2章　樹莓派簡介 11
　2.1　下載并安裝Raspbian 11
　　2.1.1　附帶OpenCV的Raspbian 12
　　2.1.2　困難方法 12
　　2.1.3　簡單方法 14
　2.2　連接樹莓派 15
　2.3　配置樹莓派 16
　　2.3.1　使用raspi-config 16
　　2.3.2　用戶 21
　　2.3.3　連接到無線網(wǎng)絡(luò) 22
　2.4　轉(zhuǎn)入無頭模式 22
　　2.4.1　遠程訪問 23
　2.5　小結(jié) 27
第3章　Python入門教程 28
3.1　Python概述 29
　3.2　下載并安裝Python 29
　3.3　Python工具 30
　　3.3.1　Pythonshell 30
　　3.3.2　Python編輯器 31
　　3.3.3　Python之禪 33
　3.4　編寫和運行Python程序 34
　　3.4.1　HelloWorld 34
　　3.4.2　基本結(jié)構(gòu) 34
　　3.4.3　運行程序 36
　3.5　Python編程 36
　　3.5.1　變量 37
　　3.5.2　數(shù)據(jù)類型 37
　　3.5.3　關(guān)于變量的后一個提示 45
　　3.5.4　控制結(jié)構(gòu) 45
　　3.5.5　函數(shù) 49
　　3.5.6　通過模塊添加功能 51
　　3.5.7　類 55
　　3.5.8　樣式 61
　3.6　小結(jié) 62
第4章　樹莓派GPIO 63
　4.1　樹莓派GPIO介紹 63
　　4.1.1　引腳編號 64
　　4.1.2　連接到樹莓派 65
　　4.1.3　樹莓派GPIO的局限性 66
　　4.1.4　使用Python訪問GPIO 66
　　4.1.5　簡單輸出 67
　　4.1.6　簡單輸入 71
　4.2　小結(jié) 78
第5章　樹莓派和Arduino 79
　5.1　樹莓派GPIO回顧 79
　　5.1.1　實時或近實時處理 80
　　5.1.2　模擬輸入 80
　　5.1.3　模擬輸出 80
5.2　Arduino來救場 81
　5.3　使用Arduino 82
　　5.3.1　安裝Arduino IDE 82
　　5.3.2　連接Arduino 83
　　5.3.3　Arduino編程 84
　　5.3.4　草圖 88
　5.4　Arduino編程語言 91
　　5.4.1　包含其他文件 92
　　5.4.2　變量和數(shù)據(jù)類型 92
　　5.4.3　控制結(jié)構(gòu) 95
　　5.4.4　使用引腳 100
　　5.4.5　對象和類 103
　　5.4.6　串口 103
　　5.4.7　Arduino和樹莓派相互通信 105
　5.5　Pinguino 112
　　5.5.1　設(shè)置電路 112
　5.6　小結(jié) 115
第6章　驅(qū)動電動機 116
　6.1　電動機和控制器 116
　　6.1.1　電動機類型 117
　　6.1.2　電動機特性 118
　　6.1.3　電動機控制器 119
　6.2　使用電動機控制器 120
　　6.2.1　Adafruit直流和步進電動機控制器HAT 120
　　6.2.2　L298N通用電動機控制器 134
　6.3　小結(jié) 141
第7章　組裝機器人 143
　7.1　組裝底盤 143
　　7.1.1　選擇材質(zhì) 144
　　7.1.2　Whippersnapper 144
　7.2　安裝電子設(shè)備 147
　7.3　布線 151
　7.4　安裝傳感器 153
　7.5　成品機器人 155
　　7.5.1　讓機器人動起來 155
　7.6　小結(jié) 164
第8章　紅外傳感器 165
　8.1　紅外傳感器介紹 165
　　8.1.1　紅外傳感器的類型 165
　8.2　使用紅外傳感器 168
　　8.2.1　連接紅外傳感器 168
　　8.2.2　安裝紅外傳感器 170
　　8.2.3　代碼 171
　8.3　了解PID控制 178
　　8.3.1　閉環(huán)控制 179
　　8.3.2　PID控制器的實現(xiàn) 180
　8.4　小結(jié) 183
第9章　OpenCV 184
　9.1　計算機視覺 184
　　9.1.1　OpenCV介紹 185
　　9.1.2　選擇攝像頭 187
　　9.1.3　安裝攝像頭 188
　9.2　OpenCV基礎(chǔ)知識 189
　　9.2.1　處理圖像 190
　　9.2.2　圖像采集 190
　　9.2.3　圖像變換 196
　　9.2.4　處理顏色 198
　　9.2.5　斑點和斑點檢測 201
　9.3　追球機器人 206
　9.4　小結(jié) 212
第10章　總結(jié) 214
　10.1　機器人的類型 214
　10.2　工具 215
　　10.2.1　軟件 215
　　10.2.2　硬件 219
　10.3　小結(jié) 221

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