BeagleBone 機器人開發指南 ( 簡體 字) |
| 作者：湯凱 | 類別：1. -> 電腦組織與體系結構 -> 單晶片 -> 其它
2. -> 電子工程 -> 機器人 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 40407
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NT售價： 195 元 |
| 出版日：1/1/2015 |
| 頁數：200 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121246975 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：譯 者 序
機器人技術作為20世紀人類最偉大的發明之一， 自問世以來， 就一直備受矚目。隨著科學技術的快速發展， 機器人技術也得到了飛速發展， 應用領域不斷擴展。從自動化生產線到海洋資源的探索， 乃至太空作業等領域， 機器人從事著危險、 復雜的勞動， 其身影可謂是無處不在。目前， 機器人也已經走進了我們的生活與工作中， 在很多領域代替人類的勞動， 發揮著越來越重要的作用， 人類已經越來越離不開機器人的幫助。
機器人一般由機械裝置、 傳感裝置和控制系統組成。其中控制系統是神經中樞， 相當于人的大腦， 是機器人最重要、 最復雜的部分， 其核心都是一臺嵌入式計算機。本書主要介紹了如何基于“BeagleBone Black硬件平臺+Ubuntu操作系統”的組合， 自主構建機器人的原理和方法。作為TI公司力推的開源硬件平臺， BeagleBone Black不僅功能強大， 而且價格十分低廉。Ubuntu也是目前最為流行的Linux發行版。基于兩種開放技術平臺的機器人控制系統無疑具有非常好的擴展性和發展前景。圍繞著BeagleBone Black硬件平臺和Ubuntu操作系統， 本書討論了打造機器人方方面面的問題， 包括BeagleBone Black平臺的使用與開發， 機器人的語言、 聽覺、 視覺、 運動、 避障等功能的實現， 以及無線遙控、 GPS定位、 空中飛行、 水面航行等擴展功能的實現， 通過系統集成技術， 將各個獨立功能進行整合， 最終打造出一個完整的機器人。本書采用“step拟by拟step”的方式， 通過一步步的操作， 教會讀者如何使用BeagleBone Black構建一個實際的機器人。本書的最大特點是實用性強， 由于不過多涉及深奧的技術原理， 所以對讀者的基礎要求并不高， 適合廣大機器人開發愛好者和感興趣的高校學生學習參考。
本書共11章， 其中第1章至第6章由湯凱翻譯； 第7章至第9章由續欣翻譯； 第10、 11章由劉洋翻譯。全書譯文最后由湯凱統一審核并定稿。
譯者在翻譯本書的過程中， 本著忠實于原文， 同時力求通俗易懂的原則， 但由于水平有限， 書中的缺點和錯誤在所難免， 敬請讀者批評指正。
譯 者2014年10月
前 言
我們正身處一個激動人心的時代， 我們都能深刻地體會到， 因為這些巨變就發生在我們的身邊。若干年前， 基本上是伴隨著生育高峰期出生的那一代人， 當時計算機還遙不可及， 被放置在大型企業或大學的密室中， 使用這些計算機被嚴格地限制。如果希望在計算機上編程， 你需要在卡片上打孔， 之后裝入到讀卡機， 然后等上一個多小時， 才能得到計算機的輸出結果。不得不承認， 這就是我早期使用計算機的經歷。
這些大型計算機， 例如IBM的360系列， 數字設備公司（Digital Equipment）的PDP拟7， 惠普公司的1000系列， 當時是少數公司的專屬。建造這些計算機花費了成千上萬美元， 但是卻只有少數授權用戶在專用機房里才能夠使用。
這種情況持續多年， 直到個人計算機（PC）的出現。我有幸認識購買第一批IBM個人計算機的人。這些計算機有兩個軟驅， 一個單色顯示器， 是一臺讓人吃驚的設備。個人計算機的出現極大地改變了世界， 那些看起來很遙遠的計算技術一下子被搬到了我們辦公桌上。處理器技術的進步導致了專用微處理器的誕生。它們可以用于特殊任務， 而無須再使用傳統的模擬電路。在很多場合下， 它們改變了人機交互的方式。
這些針對特定應用的解決方案就是嵌入式系統。嵌入式系統帶來了個人計算機的計算能力， 但經過了裁剪， 以適應家電或者是工業設備的需要。嵌入式技術的成本也得到了極大的降低， 畢竟沒有人愿意為門鎖或者是溫度傳感器支付上千美元的費用。早期的嵌入式設備資源非常有限， 開發應用非常具有挑戰性， 因為很容易出現計算能力不足， 或者是用盡所有內存的情況。因此， 為了在即將消耗殆盡的內存空間中增加最后一項功能， 即使是計算機天才也要為此連續鏖戰數天。
計算機時代孕育出了大量的硬件和軟件新技術。諸如Intel公司和AMD公司生產的處理器具有令人難以置信的計算能力， 內存的容量也變得非常更加充足。微軟公司和蘋果公司提供了功能強大且使用方便的軟件產品。個人計算機已經成為家庭、 學校、 商業和工廠必備的工具。
嵌入式系統正如個人計算機一樣快速地發展。從早期專用的四位處理器， 內存只有2000字節的時代， 到現在嵌入式處理器的性能和功能已經達到了標準個人計算機的水平。最典型的例子就是身邊的手機， 具有強大的計算能力， 但是體積卻非常小， 價格也相當低廉。
現在已經到了引入一種小型、 低成本的嵌入式系統的時候了， 它不再是只能運行簡單、 專用的應用， 而是具有滿足任何類型計算需求的計算資源。同時， 這些小型但強大的系統也已經超越了那些小型、 專用的開發環境。它們配備有強大的操作系統， 提供類似于個人計算機的功能， 但是體積卻要小得多。平板和智能手機的迅猛發展重新塑造了整個計算領域的面貌。
這種進步同樣也影響著嵌入式領域。小型、 功能強大的系統可以基于低成本的硬件， 結合開源的軟件構成了一個探索嵌入式世界的平臺。從Arduino、 樹莓派到現在的BeagleBone Black， 它們都在可接受的成本上， 通過開源軟件社區， 提供了交換創意， 尋找問題答案的快捷方式。具備了這樣的能力之后， 正如本書中描述的， 真正可以做到創意無限。
本書只關注BeagleBone Black平臺。本書所涉及的內容也可以適用于其他平臺， 只需要做稍許修改， 不過這不是本書的目的。本書是希望讓你學到如何建立非常有趣， 但是復雜的且令人驚訝的機器人。BeagleBone Black非常具有吸引力， 因為它不僅可以讓我們的目標變為現實， 也可以為科研與學術團體之外的人所使用。本書中， 我們將完成這樣的目標， 并建立非常具有吸引力的項目。
本書首先介紹BeagleBone Black平臺的使用基礎， 包括如何購買到硬件， 如何安裝軟件并運行系統。然后， 在基本的系統之上， 我們將建立一些基礎的功能， 展示增加音頻、 視覺和控制的能力。
然后， 我們會進入一些相對復雜的功能， 包括GPS、 音頻和一些高級傳感器。最后， 我們將所有的功能進行整合， 展示如何構建完整的系統。
在每章中， 我會給出關于如何開展工作的具體指導。這有一定的風險， 因為這些指導容易發生變化。希望你能理解我們要完成目標， 在沒有得到預期效果的情況下， 自己能設法繼續進行下去。實際上， 有很多的論壇和博客可以尋求幫助， 所以遇到問題， 不要猶豫， 去求助。
有一點需要特別注意， 本書不是一個學術的練習， 所以不要光看不練。我希望讀完本書后， 你能打造出能夠帶領我們進入22世紀的裝置來。我經常告訴我的學生， 有了計算機， 他們的孩子們就可以在機器人的幫助下， 生活得更加幸福。
所以， 就讓我們開始吧！
本書內容
第1章： “BeagleBone Black入門”， 提供了第一次使用BeagleBone Black的方法。
第2章： “BeagleBone Black編程”， 針對不熟悉嵌入式系統、 Linux、 Python語言或其他編程語言的讀者， 簡單介紹了如何在BeagleBone Black上編寫程序， 以幫助實現后續章節中的各項功能。
第3章： “語音輸入與輸出”， 展示如何為機器人增加語音識別與說話能力。
第4章： “讓BeagleBone Black能看見”， 展示如何為機器人增加視覺功能。
第5章： “讓機器人運動——控制輪式移動”， 展示如何為機器人增加輪式移動底盤。
第6章： “讓機器人運動更靈活——學會用腿走路”， 展示如何讓機器人具有步行的能力。
第7章： “使用傳感器避障”， 展示如何通過使用傳感器， 讓機器人在運動的同時具備避障的能力。
第8章： “真正的移動——遠程遙控機器人”， 展示如何使用遙控設備來控制機器人。
第9章： “使用GPS接收器定位機器人”， 展示如何為機器人添加GPS接收器。
第10章： “系統集成”， 介紹組合所有的能力， 同時發揮作用的方法。
第11章： “上天入地下海”， 介紹本項目一些拓展的能力， 如飛行、 航行和潛水。
工作環境
本書每章的內容不僅介紹所需硬件設備， 還包括相應的軟件資源。不過， 為了實現每個功能， 還需要一臺連接互聯網的計算機、 一臺BeagleBone Black和電源。
讀者對象
本書面向初學者。不過， 在開始具體的內容之前， 至少需要讀者熟悉計算機的基本使用方法和功能。不需要有編程經驗， 但是有的話會有幫助。書中會向讀者介紹Linux操作系統的基本使用， 所以有Linux基礎會有幫助， 但這不是必須的。讀者不僅需要對機器人和嵌入式設備的工作原理有著極大的興趣， 同時， 在搭建自己的硬件并調試軟件時， 還要有足夠的耐心。
本書約定
本書中， 讀者會看到一些標題反復出現。
為了給讀者完成各項功能提供清晰的指導， 我們使用了如下標題和圖標。
任務簡述
解釋任務的目標， 并附上任務完成后的實物圖片。
亮點展示
介紹將要實現的功能為什么很酷、 很特別， 以及有趣的方面， 描述了該功能的亮點所在。
目標
介紹達到目標所需完成的各個任務， 具體的形式是： 任務1
任務2
任務3
任務4， 等等
任務檢查清單
介紹任務的準備條件， 例如， 所需的資源或者需要下載的庫文件等。
任務1
具體介紹需要完成的任務。
任務準備
介紹在正式開始任務之前需要做的準備工作。
任務執行
介紹實現任務目標需要完成的具體步驟。
任務完成小結
對前面任務執行過程進行簡要的總結。
補充信息
與任務相關的額外信息。
書中還會有一些特殊的字體風格， 方便與其他信息進行區分。這里有這些風格的例子， 讓我們來解釋它們的含義。
代碼字符如下顯示： “你可以使用這樣的命令ls 拟la devsd*”。
一段代碼按照以下的方式顯示：
任何命令行輸入或輸出按照下面的寫法：
新的術語和重要的單詞使用粗體顯示。在屏幕、 菜單或者對話框中所見到的單詞的顯示方式為： “第一次運行軟件時， Safe start violation標簽被設置， 在屏幕的左下角單擊Resume按鈕清除該設置”。
警告或者重要的注釋以這種方式顯示。
提示或者技巧以這種方式顯示。 |
內容簡介：本書主要介紹以BeagleBone Black硬件平臺和Ubuntu操作系統為核心，自主構建機器人的實用技術與方法。內容由淺及深，循序漸進，涵蓋了開發機器人方方面面的問題，包括BeagleBone Black平臺和Ubuntu系統的使用與開發，機器人的語言、聽覺、視覺、運動、避障等功能的實現，以及無線遙控、GPS定位、空中飛行、水面航行等擴展功能的實現。通過系統集成技術，將各個獨立功能進行整合，最終打造出一個完整的機器人。 |
目錄：第1章 BeagleBone Black入門
1.1 任務簡述
1.2 打開包裝盒
1.3 接上鍵盤、 鼠標與顯示器
1.4 改變操作系統
1.5 增加用戶圖形界面（GUI）
1.6 遠程訪問BeagleBone Black
1.7 任務完成
1.8 挑戰
第2章 BeagleBone Black編程
2.1 任務簡述
2.2 基本的Linux命令以及瀏覽文件
系統
2.3 在BeagleBone Black上創建、 編輯
和保存文件
2.4 在BeagleBone Black上創建并運行
Python程序
2.5 BeagleBone Black上基本的程序
結構
2.6 C++語言介紹
2.7 任務完成
2.8 挑戰
第3章 語音輸入與輸出
3.1 任務簡述
3.2 連接硬件， 制作并輸入聲音
3.3 使用eSpeak讓機器人說話
3.4 使用PocketSphinx識別語音
命令
3.5 理解語音命令并發起動作
3.6 任務完成
3.7 挑戰
第4章 讓BeagleBone Black能看見
4.1 任務簡述
4.2 將USB攝像頭連接到BeagleBone Black并查看圖像
4.3 下載和安裝OpenCV——一個全功能的視覺庫
4.4 使用視覺庫檢測彩色物體
4.5 任務完成
4.6 挑戰
第5章 讓機器人運動——控制輪式移動
5.1 任務簡述
5.2 使用電機控制器控制平臺的速度
5.3 在BeagleBone Black上編程控制移動平臺
5.4 通過語音命令控制移動平臺的運動
5.5 任務完成
5.6 挑戰
第6章 讓機器人運動更靈活——學會用腿走路
6.1 任務簡述
6.2 使用伺服控制器連接BeagleBone Black與移動平臺
6.3 在Linux中創建一個程序來控制移動平臺
6.4 通過語音命令讓移動平臺真正移動起來
6.5 任務完成
6.6 挑戰
第7章 使用傳感器避障
7.1 任務簡述
7.2 連接USB聲吶傳感器到BeagleBone Black
7.3 使用電機來移動單個傳感器
7.4 任務完成
7.5 挑戰
第8章 真正的移動——遠程遙控機器人
8.1 任務簡述
8.2 將BeagleBone Black連接到無線USB鍵盤
8.3 使用鍵盤控制你的項目
8.4 任務完成
8.5 挑戰
第9章 使用GPS接收器定位機器人
9.1 任務簡述
9.2 連接BeagleBone Black到GPS接收器
9.3 編程訪問GPS設備及確定如何向目標移動
9.4 任務完成
9.5 挑戰
第10章 系統集成
10.1 任務簡述
10.2 建立通用控制結構使功能模塊間相互通信
10.3 任務完成
10.4 挑戰
第11章 上天入地下海
11.1 任務簡述
11.2 航海機器人
11.3 飛行機器人
11.4 潛水機器人
11.5 任務完成
11.6 挑戰 |
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