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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(gè)具有高級(jí)功能的機(jī)器人。本書將一步步地講授構(gòu)建機(jī)器人的過程，你將學(xué)到如何利用樹莓派提供的強(qiáng)大計(jì)算能力，如何利用Arduino與傳感器和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行更好的交互，并利用這些優(yōu)點(diǎn)來構(gòu)建機(jī)器人硬件系統(tǒng)。同時(shí)學(xué)會(huì)Python編程基礎(chǔ)知識(shí)，并利用其進(jìn)行更強(qiáng)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(gè)可以追逐球的機(jī)器人。
本書適合開始探索機(jī)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(jī)器人的設(shè)計(jì)、構(gòu)建與開發(fā)，掌握相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)搭建與軟件編程開發(fā)能力，讓你帶著樂趣逐步探索機(jī)器人世界。

前言
機(jī)器人學(xué)不一定很難。通過本書，我將帶你走進(jìn)機(jī)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(jī)器人學(xué)的許多基本的和一些特別的方面。你將會(huì)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(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。你用機(jī)器人所做的其他事情都是本書中所學(xué)的知識(shí)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(jī)器人知識(shí)的愛好者準(zhǔn)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(gè)機(jī)器人。你將會(huì)學(xué)習(xí)如何使這兩個(gè)設(shè)備協(xié)同工作，以提供非常強(qiáng)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(zhǔn)備的，他們不一定有時(shí)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(duì)一些基本知識(shí)進(jìn)行一個(gè)廣泛而高效的介紹。
本書還是為那些想提高自己機(jī)器人編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生準(zhǔn)備的，他們想學(xué)習(xí)處理硬件和軟件的方法，以進(jìn)一步向他們?cè)趯W(xué)�；�?qū)I(yè)領(lǐng)域看到的知名的人學(xué)習(xí)。
書中沒有對(duì)經(jīng)驗(yàn)或技術(shù)背景作任何假設(shè)。當(dāng)你閱讀這些章節(jié)時(shí)，你可能會(huì)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(duì)這些主題還很陌生，我會(huì)嘗試給你一個(gè)簡(jiǎn)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(xiàng)目配置樹莓派。目標(biāo)是將你的系統(tǒng)設(shè)置為能夠輕松訪問機(jī)器人，并直接在機(jī)器人上編寫代碼。
在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jiǎn)單的程序。我還會(huì)介紹一些基礎(chǔ)知識(shí)，再介紹一些進(jìn)階主題，例如模塊和類。這是長(zhǎng)的一個(gè)章節(jié)，因?yàn)橛泻芏鄡?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(huì)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(cè)距傳感器檢測(cè)物體。這會(huì)讓你為下一章做好準(zhǔn)備，下一章我將介紹Arduino。
在第5章，你會(huì)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(huì)介紹兩個(gè)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(cè)距傳感器來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
第6章將讓你用樹莓派來轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。你會(huì)用一個(gè)叫作HAT或擴(kuò)展板的特殊板來控制電動(dòng)機(jī)。在這里我將介紹另一項(xiàng)技能，你將不可避免地在制造機(jī)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(xiàng)目中選擇的接線板上，你會(huì)獲得大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
在第7章中，我們將把所有的東西合在一起。你來構(gòu)建機(jī)器人，而我會(huì)討論機(jī)器人的一些物理特性。我將介紹一些設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，當(dāng)你設(shè)計(jì)自己的底盤時(shí)需要牢記在心。雖然我為這個(gè)項(xiàng)目列出了一個(gè)特定的底盤套件，但你并不需要使用相同的東西。事實(shí)上，我鼓勵(lì)你探索其他選擇，并找到一個(gè)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(huì)討論各種類型的紅外傳感器，以及它們的使用場(chǎng)合（關(guān)于PID控制的章節(jié)會(huì)討論它是什么以及為什么要使用它）。
第9章是關(guān)于計(jì)算機(jī)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(gè)名為OpenCV的開源軟件包。到第9章結(jié)束時(shí)，你的小型機(jī)器人將能圍著桌子追逐一個(gè)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(jī)器人冒險(xiǎn)了！

原書前言
關(guān)于作者
關(guān)于技術(shù)審校者
第1章　機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論 1
　1.1　機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ) 1
　　1.1.1　Linux操作系統(tǒng)和機(jī)器人學(xué) 2
　　1.1.2　傳感器和GPIO 3
　　1.1.3　運(yùn)動(dòng)和控制 3
　1.2　樹莓派和Arduino 4
　1.3　項(xiàng)目概覽 5
　　1.3.1　機(jī)器人 5
　　1.3.2　物料清單 5
　1.4　小結(jié) 10
第2章　樹莓派簡(jiǎn)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(jiǎn)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(yuǎn)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(yùn)行Python程序 34
　　3.4.1　HelloWorld 34
　　3.4.2　基本結(jié)構(gòu) 34
　　3.4.3　運(yùn)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(gè)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(hào) 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(jiǎn)單輸出 67
　　4.1.6　簡(jiǎn)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(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)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(chǎng) 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(duì)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(dòng)電動(dòng)機(jī) 116
　6.1　電動(dòng)機(jī)和控制器 116
　　6.1.1　電動(dòng)機(jī)類型 117
　　6.1.2　電動(dòng)機(jī)特性 118
　　6.1.3　電動(dòng)機(jī)控制器 119
　6.2　使用電動(dòng)機(jī)控制器 120
　　6.2.1　Adafruit直流和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器HAT 120
　　6.2.2　L298N通用電動(dòng)機(jī)控制器 134
　6.3　小結(jié) 141
第7章　組裝機(jī)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(jī)器人 155
　　7.5.1　讓機(jī)器人動(dòng)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(shí)現(xiàn) 180
　8.4　小結(jié) 183
第9章　OpenCV 184
　9.1　計(jì)算機(jī)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(shí) 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(diǎn)和斑點(diǎn)檢測(cè) 201
　9.3　追球機(jī)器人 206
　9.4　小結(jié) 212
第10章　總結(jié) 214
　10.1　機(jī)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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