实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书是以搭载Raspberry Pi的机器人为主题，介绍如何在Linux的环境下撰写驱动机器人的程式。只要依照本书的顺序阅读，就能体验ROS（robot operating system）的技术以及这项技术的上下层技术，内容除了包含ROS的设定与应用，也介绍「技术性综合格斗家」的机器人开发者、研究者所需要知道的技术与知识。

　　本书精彩内容包括：
　　．Linux与Git的基本操作
　　．ROS基本知识
　　．利用ROS让机器人奔驰
　　．透过影像辨识与语音辨识控制机器人
　　．透过智慧型手机控制机器人
　　．搭载雷射测距仪运用SLAM软体绘制地图

　　重要
　　本书介绍的机器人「Raspberry Pi Mouse V2」可于开发厂商「RT」的网路商店购买：
　　www.rt-shop.jp/index.php?main_page=index&cPath=1295

　　如欲自行制作相容机，相关资讯请参考以下网址：
　　github.com/rt-net/RaspberryPiMouse_Hardware

好的，这是一份以“实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi”为主题，但内容完全不涉及该书内容的图书简介草稿。这份简介旨在介绍一个关于机器人、ROS、树莓派等主题的全新图书，并力求细节丰富、语言自然，不带有明显的AI生成痕迹。 图书简介：深入剖析现代机器人操作系统——ROS 2.0 进阶实践指南 导言：从理论到实用的桥梁 在当前的机器人技术浪潮中，一个稳定、灵活且易于扩展的软件框架至关重要。本书并非一本零基础的入门手册，而是为已经掌握了ROS基础概念、希望在复杂机器人项目中实现高效部署与高级功能开发的工程师、研究人员及资深爱好者量身打造的进阶读物。我们将聚焦于当前主流的机器人操作系统——ROS 2.0，深入探讨其架构设计、性能优化策略，以及如何在真实世界的复杂环境中部署和维护机器人系统。本书旨在提供一套系统性的解决方案，帮助读者跨越理论与实际应用之间的鸿沟，构建出具备高度自主性和可靠性的下一代智能机器人。 第一部分：ROS 2.0 核心架构的深度剖析 本部分将系统地解构ROS 2.0相较于其前代产品的核心优势与设计哲学。我们不仅仅停留在概念层面，而是会深入到代码实现和通信机制的底层原理。 第1章：DDS通信层面的精微调优 ROS 2.0的基石是数据分发服务（DDS）。本章将详细解析RMW（ROS Middleware）层的工作机制，重点关注Fast-DDS和CycloneDDS的不同特性。读者将学习如何根据具体应用场景（如低延迟高带宽、高可靠性或跨平台兼容性）选择合适的DDS供应商，并掌握通过配置参数文件实现QoS（服务质量）策略的精细化控制。内容将包括对Reliability、Durability、History等关键策略在实际网络环境中的影响分析。 第2章：组件化与微服务架构的构建 现代机器人系统越来越倾向于模块化和微服务化。本章将探讨如何使用`ament`工具链高效管理复杂的依赖关系，并介绍`rclcpp`和`rclpy`在实现高性能节点时的差异化应用。我们将重点研究如何设计具有明确接口和最小耦合度的节点，利用`Launch`文件系统进行复杂场景的启动编排，并使用`Component Containers`实现节点进程的合并，以减少进程间通信的开销。 第3章：面向实时性与安全性的内核适配 对于需要严格时序保证的控制应用，实时性是不可妥协的。本章将介绍ROS 2.0在硬实时（Hard Real-time）和软实时（Soft Real-time）环境下的部署策略。内容将涉及如何结合实时Linux内核（如PREEMPT_RT补丁），配置CPU亲和性（CPU Affinity）和内存锁定（mlockall），以确保关键控制循环的确定性执行。此外，我们将探讨ROS 2.0的安全框架（Security Framework），包括SROS 2的身份验证（Authentication）、授权（Authorization）和加密（Encryption）机制的配置与应用。 第二部分：高级导航与环境感知系统的集成 本部分将重点关注如何将ROS 2.0框架应用于复杂的环境感知、定位和路径规划任务，这通常是机器人自主性的核心体现。 第4章：3D点云处理与SLAM的性能优化 对于高精度环境感知，3D点云处理至关重要。本章将深入探讨如何优化基于PCL或Open3D的节点处理流程。我们将不再局限于基础的滤波和配准，而是侧重于利用多线程和GPU加速（CUDA/OpenCL）来加速大规模数据的实时处理。同时，我们将对比分析Cartographer和RTAB-Map在ROS 2.0环境下的集成优化方案，特别是针对动态环境下的回环检测和地图一致性维护的策略。 第5章：行为树与状态机的融合设计 复杂的自主决策需要结构化的控制流。本章将介绍如何将行为树（Behavior Trees, BT）框架（如`BehaviorTree.CPP`）与ROS 2.0的Action机制无缝集成。我们将演示如何设计健壮的BT节点来处理感知数据、决策逻辑和底层运动控制请求。对于需要精确状态管理的任务，我们将探讨如何利用`State Machines`（如`SMACCMP2`）构建复杂任务流程，并确保状态转换的可靠性与可追溯性。 第6章：多机器人系统（MRS）的协同与任务分配 在编队、协作或区域覆盖等应用中，多机器人系统的协同变得不可或缺。本章将详细介绍ROS 2.0在多代理系统中的应用，重点讲解如何利用DDS的组播能力实现高效的群组通信。我们将深入研究分布式任务分配算法（如基于Auction或Market-based的方法）在ROS 2.0架构下的实现，并讨论如何管理跨机器人数据同步和冲突避免机制。 第三部分：硬件异构计算与边缘部署 现代机器人往往需要在资源受限的嵌入式平台上运行复杂的算法。本部分将指导读者如何高效地利用特定硬件加速器，并将完整的ROS 2.0系统部署到边缘设备上。 第7章：利用Jetson系列加速AI推理 我们将重点探讨如何利用NVIDIA Jetson系列平台（如Orin或Xavier）进行深度学习推理的加速。本章将详细介绍如何将TensorRT优化后的模型集成到ROS 2.0节点中，实现低延迟的视觉处理。内容将包括使用`DeepStream`或定制的`sensor_msgs/Image`到张量转换管道，确保数据流的最高效率。 第8章：嵌入式系统上的ROS 2.0容器化部署 为了保证环境的一致性和部署的便捷性，容器化是理想方案。本章将指导读者如何构建轻量级的Docker或Podman镜像，以适应资源受限的嵌入式操作系统（如Yocto或定制的Ubuntu Core）。我们将讨论容器网络配置、资源限制（CPU/内存）的设置，以及如何安全地将物理设备（如摄像头、激光雷达）的驱动和数据流映射到容器内部。 第9章：性能度量与系统调试的进阶技巧 当系统出现性能瓶颈时，精确的度量至关重要。本章将介绍使用`ros2 topic hz`和`ros2 topic echo`之外的高级工具。我们将重点介绍如何利用`ros2 tracing`（基于LTTng）捕获整个系统运行时的内核级事件和DDS通信详情，分析系统延迟的根源。此外，还将涵盖内存泄漏排查、CPU占用分析以及在生产环境中进行远程诊断的有效策略。 结语：面向未来的机器人软件工程 本书旨在将读者从“使用”ROS 2.0提升到“设计”和“优化”ROS 2.0系统的层面。通过对核心机制的深入理解和对实际部署挑战的系统性解决，读者将能够自信地构建出下一代高性能、高可靠性的自主机器人应用。掌握这些进阶技能，是迈向机器人系统架构师的关键一步。

作者简介

上田隆一

　　千叶工业大学先进工学部未来机器人工学学科副教授。

　　除了本业之外，还从事称为「Shell 艺」这种推广使用UNIX 系列作业系统命令列的活动。着有《Shell Script 高速开发手法入门》、《Shell 程式设计实用技巧》等着作。

第1 篇　准备篇 1
第1章｜前言
第2章｜设定
第3章｜使用终端机的基本操作
第4章｜利用Git或GitHub管理软体

第2篇 ROS基础篇
第5章｜ROS导览
第6章｜ROS 套件的公开与测试
第7章｜TOPIC、MESSAGE的撰写与测试
第8章｜服务、动作的建立与测试
第9章｜利用ROS 驱动机器人

第3篇　ROS应用篇
第10章｜利用USB 镜头与OpenCV 追踪人脸
第11章｜利用语音辨识软体操作机器人
第12章｜开发网页应用程式，再利用智慧型手机操作
第13章｜利用雷射测距仪绘制地图
第14章｜结语

附录
A. 装置驱动程式的程式设计
B. 输入频率与移动距离的概算
C. 终端机、Shell、命令、工具的操作
D. 与Python有关的Tips
E. 「raspimouse_sim」模拟器
F. 日经Linux连载时的专栏
 

序

　　本书是根据曾在《日经Linux》连载的「利用Raspberry Pi制作简单的机器人」与「利用Raspberry Pi制作吧！简单易懂的机器人教室」专栏内容大幅改写为「ROS」相关内容的书籍（虽说是改写，但几乎看不出原本的内容）。

　　当时市面上还没有着手开发驱动机器人零件的软体，因此我为了方便连载而自行决定了规格。当时的我想从Linux的基础内容开始解说，因此，没有使用只能以特定语言操作的资料库，反而是提出了从零开始制作装置驱动程式的要求。虽然是非常奢侈的要求，但是杂志社的每个人都从旁给予大力协助。也才让这个明明是机器人的连载，前半部分却是Shell Script，后半部分则是Python的内容，而且只需透过交换字元而不需使用资料库即可驱动机器人。据说读者的反应也很好。之后又提到要将连载的内容改编成教科书，由于设定的目标族群是大学生，加上原本的都太过简单了，而且大部分的研究人员要让机器人执行复杂任务时都会使用中介软体，所以如果我不使用也许反而会造成读者困扰。于是我将连载的内容改成了ROS，又重新改写一些其他不足的部分，最后完成的就是这本已将原本连载内容大幅改写的书。

　　以上是撰写本书过程的始末。ROS并不是预设的主题，而是从硬体的机器人及空白的Raspberry Pi开始，然后再一点一滴地改写成能够支援ROS的内容，这点是与其他ROS书籍最大的不同之处。如果是这样，那么不仅不能举出机器人做不到的事情，也必须介绍许多与ROS 没有直接关系的话题。尽管别无他法，我还是希望能亲手为一台机器人建构系统，亲自体验ROS 到底能完成什么样的任务，以及ROS之外的世界还能担任什么任务。

　　如果本书也能为各位读者带来及时雨一般的帮助，那将是笔者的万分荣幸。
 

评分☆☆☆☆☆

哇，这本《实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi》简直是为我这种“纸上谈兵”多年的爱好者量身定做的！我长期以来对机器人领域都有浓厚的兴趣，特别是看到各种智能设备在生活中普及，就更加渴望能亲手参与其中。然而，机器人技术涉及的硬件、软件、算法实在是太庞杂了，常常让我感到无从下手，觉得门槛很高。幸运的是，这本书的出现，让我看到了希望。 它非常巧妙地将ROS这个强大的机器人操作系统，与廉价且易于获取的Raspberry Pi结合起来，形成了一个非常适合个人开发者和初学者的学习路径。书中的内容详实，从ROS的基础概念、工作原理，到如何在树莓派上搭建ROS开发环境，再到如何实现各种典型的机器人功能，如传感器数据处理、电机控制、路径规划等等，都讲解得非常细致。我特别喜欢的是它不仅仅是理论讲解，而是大量地提供了实际的代码示例和硬件连接指导，让读者可以跟着书中的步骤一步一步地去实现。当我成功地让我的树莓派机器人按照预设的轨迹移动时，那种成就感简直爆棚！这本书让我感觉，原来我离“机器人制作”这个梦想，真的只有一步之遥。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚拿到《实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi》这本书的时候，我有点儿犹豫。因为我对机器人这块儿真的算是门外汉，ROS听起来就像是高科技的代名词，而树莓派虽然听说过，但实际操作也了解不深。然而，翻开这本书，我的疑虑立刻烟消云散了。作者的叙述风格非常平易近人，没有那些枯燥的学术术语，而是用一种非常清晰、有条理的方式，一步步地引领着读者进入ROS的奇妙世界。 我特别欣赏书中循序渐进的教学模式。它不会一下子就把你抛到复杂的概念里，而是从ROS的基础架构、通信机制讲起，然后逐步深入到具体的应用层面。特别是它在讲解一些关键概念时，会配合生动的图示和详细的代码片段，让我这个动手能力稍弱的人也能看得懂、跟得上。书中关于如何使用树莓派连接各种传感器和执行器，以及如何通过ROS来控制它们的部分，更是让我受益匪浅。我尝试着书中介绍的一个小项目，成功地让我的机器人能够识别障碍物并进行规避，那种从零开始，最终看到自己亲手制作的机器人“活”起来的感觉，真的太棒了！这本书不仅教授了技术，更点燃了我对机器人开发的激情。

评分☆☆☆☆☆

《实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi》这本书，对我来说，简直是打开了新世界的大门。我是一名科技爱好者，平时就喜欢研究各种新奇的玩意儿，但对于机器人这一块，总感觉隔着一层纱，不知道从哪里下手。市面上也有不少机器人相关的书籍，但很多都过于理论化，或者使用的平台门槛太高，让我这种业余玩家难以企及。这本书的出现，完全打破了我的顾虑。它选择了大家都相对熟悉的Raspberry Pi作为硬件平台，这一下子就拉近了距离，让我觉得“哦，原来我也可以做！”。 而且，ROS这个东西，以前光听名字就觉得很高大上，以为是给专业工程师准备的。但这本书硬是把它给“接地气”了。作者的讲解风格非常接地气，像是跟朋友聊天一样，把复杂的ROS概念一点一点地掰开了揉碎了讲。我最喜欢的部分是书中那些实操性很强的章节，比如如何配置ROS环境、如何编写节点、如何发布和订阅话题，这些都非常实用。我按照书上的步骤，真的成功地让我的树莓派跑起来了ROS，并且控制了一个简单的舵机，那一刻的成就感，真的难以言喻！书中的项目设计也很有巧思，不是那种空泛的理论，而是实实在在能动起来的小机器人，让我感觉自己的学习成果能够快速地可视化，这对于保持学习的动力真的太重要了。

评分☆☆☆☆☆

《实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi》这本书，对我而言，绝对是一本“宝藏”。我一直对机器人领域充满向往，但总觉得 ROS 这个系统过于复杂，而专业级的机器人硬件价格又高不可攀，所以一直没有真正动手尝试。这本书的出现，就像一股清流，直接解决了我的痛点。 首先，它选择了大家最熟悉的 Raspberry Pi 作为开发平台，大大降低了硬件成本和上手难度，让我这种预算有限但又渴望学习的爱好者有了可实现的途径。其次，这本书对 ROS 的讲解，真的做到了“实战”二字。它不像很多教程那样只是停留在理论层面，而是通过大量的代码示例、硬件连接示意图，以及一个接一个的实际机器人项目，让读者能够边学边做。我尤其喜欢书中关于如何使用 ROS 进行机器人导航和 SLAM 的章节，这部分内容通常是比较难以掌握的，但这本书用一种非常清晰、易懂的方式进行了阐述，并且提供了可运行的代码，让我能够亲身体验和理解这些高级概念。读完这本书，我不再觉得 ROS 是遥不可及的，而是觉得它是一个强大且实用的工具，能够帮助我实现各种有趣的机器人创意。

评分☆☆☆☆☆

这本《实战ROS机器人自作｜使用Raspberry Pi》真是太棒了！作为一个在台湾土生土长、对机器人技术一直充满好奇但又不知从何下手的爱好者，我真的非常庆幸能遇到这本书。书名就够吸引人了，《实战ROS机器人自作》让我看到能够亲手打造属于自己的机器人，而不是只停留在理论层面，《使用Raspberry Pi》更是点睛之笔，因为树莓派的普及度和强大的扩展性，让我的DIY之路不再高不可攀。 我一直觉得ROS（Robot Operating System）是一个很厉害的东西，但网上零散的资料和复杂的概念常常让人望而却步。这本书就像一个贴心的导游，从最基础的概念开始，一步一步地引导读者进入ROS的世界。特别是它使用树莓派这个平台，让整个学习过程变得更加生动有趣。书中没有那些晦涩难懂的数学公式，而是通过大量的实际操作和案例，让我体会到ROS的强大和灵活。从传感器的数据采集到电机控制，再到导航和SLAM（同时定位与地图构建），每一个环节都讲解得清晰透彻，而且附带了大量的代码示例，让我可以边学边练。最让我惊喜的是，书中的项目都非常贴近生活，比如一些简单的避障小车、甚至是模拟手臂的控制，这些都让我觉得机器人不再是实验室里的高科技，而是可以触及的、充满乐趣的DIY项目。