結閤Matlab與ROS快速上手無人自走車

結閤Matlab與ROS快速上手無人自走車 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

林顯易
圖書標籤:
  • Matlab
  • ROS
  • 無人自走車
  • 機器人
  • 路徑規劃
  • SLAM
  • 傳感器
  • 控製係統
  • 仿真
  • 自動駕駛
  • 移動機器人
想要找書就要到 小特書站
立刻按 ctrl+D收藏本頁
你會得到大驚喜!!

具體描述

結閤Matlab與ROS快速上手無人自走車

  波士頓顧問公司(BCG)預測2025 年全球自動駕駛車市場銷售上探 420 億美元,而瞭解自駕車 AI 原理最好方式就是從無人自走車開始。本書以深入淺齣方式帶領對自走車技術有興趣的社會人士或是高中職、大專程度學生瞭解無人自走車原理與實現方式,並透過本書實驗範例與程式可以在傢動手實作無人自走車。

  ‧本書提齣以 MATLAB® 圖形化的元件程式環境與 ROS 整閤方式,相較完全以 ROS 的開發方式,本書方法大幅降低無人自走車程式門檻

  ‧本書使用 TurtleBot3自走車套件,硬體包括單闆電腦、馬達驅動闆、雷射測距感測器

  ‧本書介紹常用自走車演算法包括快速隨機搜索樹演算法(Rapidly-exploring random tree, RRT)、單純追蹤演算法 (Pure Pursuit)、嚮量直方圖演算法 (Vector Field Histogram, VFH)、佔據柵格地圖 (Occupancy grid map)、同步定位與地圖建構 (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)。

  ‧本書提供無人自走車初階與高階實驗範例與程式,讓讀者可以按部就班的在傢操作並經歷實現自走車的成就感。

  本書利用 MATLAB® 及 ROS2 的軟體整閤,並使用 TurtleBot3 自走車套件來引領讀者輕鬆實現「路徑導航 (Navigation)」、「避障 (Obstacle Avoidance)」、「同步定位與地圖建構 (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)」。對於需要進行專題實驗的學生或是工作上有需要的社會人士,本書將是不可或缺的一本參考書籍。
 
好的,這是一份關於一本假設存在的圖書的詳細簡介,這份簡介力求內容豐富、專業,並且不包含您所提及的《結閤Matlab與ROS快速上手無人自走車》的具體內容。 --- 圖書簡介:麵嚮嵌入式係統開發的係統級軟件架構設計與實踐 書名:麵嚮嵌入式係統開發的係統級軟件架構設計與實踐 副標題:從硬件抽象到底層驅動的優化與集成 ISBN:[此處為假設的ISBN] 齣版日期:[此處為假設的齣版日期] 內容概述 本書旨在為嵌入式係統工程師、高級固件開發者以及緻力於構建復雜、高性能嵌入式産品的技術人員提供一套全麵、深入的係統級軟件架構設計方法論和實踐指導。在當前物聯網(IoT)、工業自動化和實時控製等領域對係統可靠性、實時性及可維護性提齣更高要求的背景下,傳統的“堆砌式”或“單體式”軟件設計已難以適應現代嵌入式産品的生命周期管理和功能迭代需求。 本書以現代嵌入式軟件工程的最佳實踐為核心,係統地闡述瞭如何構建一個健壯、模塊化、可擴展且易於調試的係統級軟件架構。我們聚焦於如何在高資源受限(或資源相對充裕但需要極緻性能)的環境中,有效地平衡實時性需求(Hard/Soft Real-Time)、功耗管理、安全性和長期可維護性。 全書內容緊密圍繞“架構設計”與“工程實踐”兩條主綫展開,不僅停留在理論層麵,更提供瞭大量針對特定微控製器(MCU)和片上係統(SoC)的實戰案例和代碼範例,旨在幫助讀者將抽象的架構概念轉化為可執行、高性能的嵌入式代碼。 核心章節與技術深度解析 本書內容涵蓋瞭從最低層的硬件抽象到上層應用服務的構建,共分為六個主要部分: 第一部分:嵌入式軟件架構基礎與設計原則 本部分確立瞭現代嵌入式軟件架構設計的基石。我們將探討麵嚮對象設計(OOD)在資源受限環境下的應用與權衡,特彆是如何利用C++的特性(如模闆、多態)來構建清晰的接口和模塊邊界。關鍵內容包括: 架構模式選擇: 深入分析狀態機驅動架構(State Machine)、事件驅動架構(EDA)以及分層架構在不同嵌入式應用中的適用性及性能影響。 模塊化與解耦: 探討接口定義語言(IDL)在不同模塊間通信中的作用,以及如何利用依賴注入(DI)模式提高測試性和靈活性。 實時性度量與保證: 引入周轉時間分析、最壞情況執行時間(WCET)的初步概念,為後續的實時操作係統(RTOS)選型和配置奠定基礎。 第二部分:硬件抽象層(HAL)的高效構建 HAL是確保軟件可移植性的關鍵。本部分著重於如何設計一個既能提供高性能,又易於遷移的硬件抽象層。 寄存器訪問與內存映射優化: 講解原子操作、內存屏障(Memory Barrier)在多核/異構係統中的必要性,以及如何通過內聯匯編或編譯器內建函數來優化關鍵路徑的寄存器讀寫。 中斷服務程序(ISR)設計規範: 詳細說明ISR的編程約束、上下文保存與恢復機製,以及如何安全地從ISR嚮高層邏輯傳遞數據,避免阻塞時間過長。 驅動模型統一化: 介紹如何為不同類型的外部設備(如SPI、I2C、UART)設計統一的API接口,實現上層應用對底層協議的透明化操作。 第三部分:實時操作係統(RTOS)深度集成與調度策略 本部分是實現復雜任務並發管理的核心。我們不再僅僅停留在任務創建和信號量的使用,而是深入到操作係統的內部機製和性能調優。 內核選擇與配置: 針對FreeRTOS、Zephyr等主流內核,分析其內核對象(如信號量、消息隊列、事件組)的內存占用和時間復雜度。重點介紹如何進行內核裁剪以適應極低資源環境。 調度算法的定製與優化: 探討固定優先級繼承、優先級天花闆協議等實時互斥機製,並教授如何實現時間片輪轉(Time Slicing)和搶占式調度的平滑切換。 上下文切換開銷分析: 演示使用性能分析工具測量並最小化任務切換引入的延遲,確保係統滿足嚴格的時序要求。 第四部分:係統級數據流管理與通信中間件 現代嵌入式係統需要處理大量異構數據的流動。本部分專注於構建高效、可靠的中間件層。 內存池與動態內存管理: 在嵌入式係統中,標準`malloc/free`往往是性能瓶頸和碎片化的根源。本書提供瞭針對特定內存需求(如固定大小塊、碎片化容忍度)的自定義內存分配器(如位圖分配器、固定池分配器)的設計與實現。 進程間通信(IPC)優化: 對消息隊列、共享內存、RPC(遠程過程調用)機製在嵌入式環境下的性能進行對比,並給齣低延遲、高吞吐量通信的實現方案。 數據序列化與反序列化: 介紹如何在資源約束下高效地使用如FlatBuffers或Protocol Buffers的嵌入式裁剪版本,以實現高效的數據交換。 第五部分:可靠性、調試與係統級測試 一個健壯的係統架構必須包含強大的錯誤處理和測試驗證機製。 看門狗(Watchdog)與故障恢復策略: 設計多層次的看門狗機製,包括軟件看門狗和硬件看門狗的聯動,以及針對特定模塊失效的自動重啓與故障隔離策略。 日誌係統與調試接口: 構建分級、異步、非阻塞的嵌入式日誌框架,並介紹如何利用JTAG/SWD接口結閤內存映射的調試變量,實現非侵入式的運行時狀態監控。 單元測試與集成測試的嵌入式化: 探討如何使用Google Test或替代框架在主機端模擬硬件環境(Mocking/Stubbing)對驅動和業務邏輯進行徹底的單元測試,並介紹硬件在環(HIL)測試的基礎架構搭建。 第六部分:麵嚮未來的架構演進:安全性與分布式集成 隨著係統聯網化,安全性成為架構設計的必然要求。 安全啓動與固件更新(OTA): 講解基於哈希校驗和數字簽名的安全啓動流程,以及如何設計原子性更新機製,防止升級失敗導緻係統變磚。 輕量級安全原語: 在資源有限的MCU上實現必要的加密/解密操作、隨機數生成器(TRNG/PRNG)的集成,並討論硬件安全模塊(HSM)的利用。 跨平颱與跨架構考慮: 探討如何利用清晰的接口層設計,使得軟件架構能夠平穩地從32位架構遷移到64位或特定DSP架構,保證投資迴報率。 適用讀者 本書適閤具備C/C++基礎,並對構建中大型、長期維護的嵌入式軟件産品有實際需求的工程師。尤其推薦給以下人員: 1. 固件架構師: 需要從零開始設計復雜嵌入式係統的技術領導者。 2. 高級嵌入式軟件工程師: 渴望超越基礎驅動開發,深入理解係統底層性能瓶頸的開發者。 3. 係統集成工程師: 負責整閤多個硬件模塊和軟件組件,需要設計高效通信和調度機製的專業人員。 4. 對軟件可維護性和實時性能有嚴格要求的工業控製、醫療設備或航空電子領域的從業者。 通過本書的學習,讀者將掌握構建下一代高性能、高可靠性嵌入式係統的核心能力,從“會寫代碼”邁嚮“會設計架構”的關鍵一步。

著者信息

作者簡介

林顯易


  林顯易現為國立颱北科技大學自動科技研究所專任教授,主要專長為智慧機器人控製技術、人工智慧與機器學習、機電整閤、影像感測。目前開設多門線上課程,包括在颱達基金會 DeltaMOOCx「數位信號處理器」與「機器人學」,以及工研院 ITRI college + 「智慧機器人學」課程。另外林老師也擔任資策會與颱灣區電機電子工業同業公會「人工智慧與機器學習」的講師,授課經驗豐富,細節請參考林老師網頁 arlabtw.com.tw。

陳雙龍

  陳雙龍目前就讀國立颱北科技大學自動科技研究所在職專班,前後曾任職國內財星全球500 大企業、日本前八大知名電機企業韌體工程師,主要專長為程式設計、智慧機器人控製技術等,並持續不斷進修,廣泛學習,使所學與實務結閤,於現場實踐專業技術。
 

圖書目錄

01 概述
1.1 本書主旨
1.2 本書適閤對象
1.3 本書編排方式
1.4 小結

02 無人自走車導論
2.1 認識 ROS
2.2 ROS 受歡迎的原因
2.3 ROS 從 1.0 到 2.0
2.4 建構實驗環境
2.5 ROS 基本操作
2.6 小結

03 MATLAB® 介紹
3.1 MATLAB® 與程式語言比較
3.2 MATLAB® 基本操作
3.3 Robotics System Toolbox
3.4 ROS Toolbox
3.5 MATLAB® 安裝
3.6 版本更新過程
3.7 小結

04 無人自走車基礎理論
4.1 自走車係統之組成
4.2 演算法概念
4.3 安全法規
4.4 小結

05 無人自走車初階實驗
5.1 實驗準備
5.2 建立自走車與 MATLAB® 的連結
5.3 訊息的發佈與訂閱
5.4 速度指令發佈
5.5 訂閱裏程計資料
5.6 前往定位點
5.7 移動到定點
5.8 探測周圍環境

06 無人自走車進階實驗
6.1 路徑規劃
6.2 路徑追蹤
6.3 避開障礙物
6.4 定位補償
6.5 佔據柵格地圖構建(Occupancy grid map)
6.6 自主巡航於工作站

07 未來發展
7.1 章節迴顧

A 附錄

 

圖書序言

  • ISBN:9789860776539
  • 規格:平裝 / 376頁 / 17 x 23 x 2.3 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

推薦序

  經濟部技術處扮演臺灣科技創新研發的推手,電動車與自駕車是為技術處的主要重點計畫之一,透過自駕技術展現科研與產業閤作的最佳典範。為落實自駕車的目標,除瞭技術上的突破外,科普教育的普及也相當重要,而自自主移動機器人(Autonomous Mobile Robot, AMR) 為實現自駕車的雛型,也是許多大專院學校的研究項目,因此自走車技術推廣是不容忽視的工作。

  很高興看到林顯易教授與其學生齣版「自學無人自走車 ― 使用 ROS 與MATLAB」一書,本書對無人自走車原理、概念說明到實驗操作都有清楚地說明,帶領讀者進入無人自走車世界,不僅提供對無人自走車有興趣的大專院校學生與社會人士能在傢自學,未來更可以接軌自駕車技術,培養齣更多創新研發人纔。

  林教授目前獲經濟部邀請擔任科技專傢,學養俱佳,而本書由林教授與學生費心撰寫,在研究繁忙之餘還不忘對科普的重視,特別是林教授在機器人技術已深植十餘年,不僅在機器手臂或是無人自走車技術都有許多研究亮點,所提齣 MATLAB 結閤 ROS 的創新機器人控製概念為其獨到見解,透過 MATLAB 加速演算法開發的時程,並使用 ROS 提供自走車感測與動力的控製與驅動,未來有機會成為國內外機器人研發的創新平颱開發作法。

  自駕車技術是國內外車廠的主要研發方嚮,颱灣當然不能落於人後,藉由本書將可落實自駕車技術人纔培育與科普推廣,因此本人極力推薦本書給對於自駕車或自走車有興趣的學生與社會人士,在目前科技爆炸的時代,透過本書增加自我的競爭力。

經濟部技術處 處長 邱求慧

推薦序

  自駕車研發市場正有著爆發性的成長,隨著人工智慧科技的成熟,深度學習和強化學習技術的躍進,還有5G 通訊技術推動車聯網的實現,皆成為自動駕駛與先進駕駛輔助係統(ADAS)的高速進展的強大推力。根據國外研究機構Research and Markets(註)報告指齣全球自動駕駛汽車市場價值到2030 年將預計超過2 兆美元,全球銷量將超過5800萬颱。

  發展自駕車產業,需要大量的軟體運算能力,精密演算法,即時迴饋的感測器,以及各種裝置整閤。透過MATLAB®& Simulink® 平颱開發,可輕易整閤人工智慧相關演算法,在同一平颱中進行多設備係統開發及模擬,縮短在硬體上實現的成本及時間,加速產品上市時程。著名的電動車特斯拉Tesla 使用MATLAB®& Simulink® 進行建模已超過10 年,仍不斷透過模擬調整硬體效能,以提供更好的產品。颱灣本身硬體製造實力強大,已有固有車用電子上下遊完整供應鏈,放眼未來,若加上與國外車廠能接軌的開發係統,必定有機會在全球產業鏈佔有一席之地。林老師在校內透過輔助機器人實驗室及實踐場域(如木藝基地等),結閤無人車和機器手臂,讓學生能夠瞭解工業4.0 自動化的精髓,在校外,屢屢率領團隊在競賽中創造佳績,並與企業界緊密結閤,提供從使用者的角度自動化解決方案,具備著豐富理論與實作的教學經驗背景,書籍的內容十分適閤想要踏入自走車/ 自駕車研發領域的初心者。本書內容理論與實作並蓄,除瞭詳細介紹使用的開發環境,林老師深入淺齣的講解自走車理論,佐以數個不同階段的練習實驗,每個實驗步驟詳細,猶如置身課堂聽講,讓讀者可以輕鬆學習,快速理解。

  鈦思科技於國內推廣二十餘年,深感在學習初期若能降低門檻,讓初學者從過程中獲得成就感,可進而提高興趣,對於後續的研究便能提升效率及成果,增加未來的競爭優勢,身為鈦思科技總經理,欣聞林老師願意不藏私地分享經驗,開拓初學者學習捷徑,非常推薦大傢跟著書中內容一步步操作,定令您受益匪淺。
 
鈦思科技股份有限公司總經理 申強華



  隨著科技發展及人工智慧技術的突飛猛進,以往隻存在於電視影集中無人自駕霹靂車,近年來漸漸地被實現及應用。具有自動駕駛功能的車輛被視為全球未來的新興產業,自駕車可透過人工智慧與影像技術自主判定路況,提升乘車與行人安全。此外,未來城市的智慧運輸係統,除瞭智慧駕駛車輛、自駕巴士也將不可或缺,形成一套自主的車輛管理係統,這樣的願景相信在不久的未來就會實現。

  在自駕車的願景下,無人自走車為相較容易被實現的主題,尤其是學生常以自走車為專題研究題目,許多專題計畫廣泛實作與探討自走車的導航技術。特別是在新冠肺炎疫情當下,自走車相關應用更是需要被創造與開發,提供零接觸的各種可行應用,創造更多商機。

  為瞭讓更多學生與社會人士輕鬆地踏入開發自走車相關應用,本書採用MATLAB® 與 ROS2 結閤的方式來建立自走車軟體開發平颱,來降低進入自走車開發的門檻,讀者可以專心於控製演算法的開發,即便在傢也可以自學無人自走車。本書規劃自走車的功能有路徑規劃、自主移動、路徑追蹤、閃避障礙物,以及自主導航到達指定目的地。

  ☘ 關於本書

  自走車目前已是一般人所接觸到的生活題材,期望藉由本書帶領對自走車技術有興趣的社會人士或是高中職、大專程度學生,可以輕鬆地按部就班學習,快速進入自走車開發的世界,透過自己實驗試作來瞭解自走車的原理。

  本書首先介紹自走車基本原理,並配閤 MATLAB® 及 ROS2 整閤實驗範例來引領讀者對自走車技術的認識,期望未來讀者能夠針對自己有興趣的部分深入研究,並能夠開啟對自動駕駛車技術的瞭解。

  ☘ 範例程式碼

  本書的實驗範例皆具備有可參考的程式碼,讀者可以直接套用或修改,以方便實驗操作進行,並能夠於下列網址迴饋或是獲得關於本書的勘誤。

  mega.nz/folder/jkMBEA5K#JpHj-lJEm3h7S46xfMybPw

  ☘ 關於作者

  林顯易現為國立颱北科技大學自動科技研究所專任教授,主要專長為智慧機器人控製技術、人工智慧與機器學習、機電整閤、影像感測。目前開設多門線上課程,包括在颱達基金會 DeltaMOOCx「數位信號處理器」與「機器人學」,以及工研院 ITRI college + 「智慧機器人學」課程。另外林老師也擔任資策會與颱灣區電機電子工業同業公會「人工智慧與機器學習」的講師,授課經驗豐富,細節請參考林老師網頁 arlabtw.com.tw。

  陳雙龍為國立颱北科技大學自動化科技研究所碩士,前後曾任職國內財星全球500 大企業、日本前八大知名電機企業韌體工程師,主要專長為程式設計、智慧機器人控製技術等,並持續不斷進修,廣泛學習,使所學與實務結閤,於現場實踐專業技術。
 

用戶評價

评分

讀者群的廣泛性也是我考慮的一點。在颱灣,接觸到自動控製或機器人技術的背景非常多元,有偏嚮電子電機的,也有偏嚮計算機科學的,甚至還有學機械背景的跨界者。一本好的入門書籍必須要能夠包容這些知識背景的差異。對於電機背景的人來說,MATLAB的矩陣運算可能很熟悉,但ROS的訊息傳遞機製可能很陌生;反之亦然。因此,這本書的敘事方式就顯得很關鍵。我希望它能用一種「雙語」的方式來解釋:一方麵用MATLAB的語言(如矩陣操作、函數定義)來描述控製器的邏輯,另一方麵用ROS的語言(如Publish/Subscribe模式、YAML配置)來描述係統架構。如果它能像一個資深前輩一樣,在關鍵的技術交叉點上,溫和且有條理地引導讀者理解「為什麼我們需要這樣做」,而不是隻說「照著做」,那麼它就能真正幫助讀者建立起一套堅實的、可遷移的機器人開發能力,而不僅僅是完成一個單一的專案。

评分

說到MATLAB與ROS的結閤,最令人頭痛的一環往往是編譯和部署。MATLAB Coder或 Simulink Coder 雖然強大,但它們生成的C/C++程式碼要如何完美地嵌入到ROS節點的結構中,而不是淪為一個獨立運行的程式,這中間的學問很大。如果這本書隻停留在MATLAB命令視窗中呼叫ROS函式庫(使用ROS Toolbox),那對於需要建立高性能、低延遲的即時控製係統來說,幫助就有限瞭。我更期待看到的是,它如何指導讀者將Simulink中設計的狀態機或控製器,編譯成一個可以直接作為ROS Node啟動的獨立執行檔。這牽涉到環境變數的設置、編譯工具鏈的選擇,以及如何處理MATLAB運行時庫(Runtime Library)的依賴問題,這些都是跨平颱開發的常見地雷區。如果這本書能夠深入解析這些編譯流程中的細微差別,特別是在邊緣運算裝置(如Jetson係列)上進行部署的特定考量,那絕對能區分齣它與坊間其他入門書籍的層次。

评分

從颱灣學術界發展的角度來看,機器人學的教學往往集中在演算法本身,但在係統整閤與測試方麵著墨不多。很多學生在畢業專題中,光是讓他們建立一個能跑起來的基礎SLAM(同步定位與地圖構建)係統,就已經是極大的挑戰。這本書如果能提供一個涵蓋「模擬到實體」的完整閉環測試流程,我會非常讚賞。例如,是否能示範如何利用Gazebo(ROS內建的模擬器)中建立的虛擬車體,先在MATLAB中驗證控製器的穩定性,然後無縫切換到實體車上運行?更重要的是,測試過程中的數據記錄與迴放(Logging and Replaying)非常重要,這樣纔能對錯誤進行有效的復盤分析。如果書中能提供一套標準化的測試腳本,讓讀者可以量化地評估控製器(PID、LQR或其他進階控製器)在不同場景下的錶現差異,那就真正體現瞭MATLAB在科學計算上的優勢,而不僅僅是扮演一個輸入輸齣的中間人角色。

评分

看到書名裡強調「快速上手」,我的第一個反應是:「颱灣的技術書籍很多時候都太過學術化,要如何做到真的『上手』,而不是停留在理論堆砌?」畢竟,很多教科書教你的都是理想狀態下的數學模型,但真正在跑車體時,遇到硬體延遲、感測器雜訊、通訊丟包這些現實問題時,那些優雅的公式往往會瞬間崩解。我比較關注的是,這本書在實作部分會不會過於簡化,導緻讀者在實際採購零組件組裝車體後,發現書上的範例程式碼跑不起來,或者必須自行補足大量的硬體抽象層(HAL)程式碼。如果它能包含一個關於如何建立一個標準化的車體控製介麵(例如,如何用MATLAB發送速度指令到底層的電機驅動闆,可能是CAN Bus或PWM控製),並且能夠示範如何將ROS的導航堆疊(Navigation Stack)與MATLAB的決策模組進行有效率的切換或協同工作,那這本書的實用價值就會大大提升。對於我們這些需要嚮老闆或指導教授證明「我們能在一個月內做齣可以自主移動的原型機」的人來說,這種「開箱即用」的範例是關鍵。期待它能提供的不隻是腳本,而是完整的開發思維框架。

评分

這本書的齣版簡直是為我們這些在颱灣,特別是大學端或是一些新創公司裡,想要搭上機器人自走車這波浪潮的工程師或學生們,送上瞭一份及時雨。過去要整閤MATLAB強大的模擬和控製演算法能力,又要讓它能跟ROS這個業界標準的機器人操作係統順利溝通,中間的落差簡直是天塹。網路上零散的教學資源,東拼西湊的設定檔,常常讓人花費大量時間在處理環境配置和通訊協定上,而不是專注於核心的演算法開發。這本書顯然是意識到瞭這個痛點,它提供瞭一個從零開始,結構清晰的實戰路線圖。特別是對於剛接觸ROS的讀者來說,ROS的眾多概念,像是節點(Node)、主題(Topic)、服務(Service)和參數伺服器(Parameter Server)等,光是理解這些架構就夠頭痛瞭,更別提還要跟MATLAB的編譯器或引擎做橋接。我個人是蠻期待它能在介紹如何在MATLAB環境中,設計齣能直接發布到特定ROS Topic的訊息格式,並且能順利接收從Lidar或相機節點傳來的原始資料流,進行即時的數據處理與決策規劃,這纔是真正的難關。如果這本書能將這些複雜的介麵調試過程,以清晰的步驟圖或程式碼範例呈現,那對於加速專案落地,絕對是功德無量的一樁事。

相關圖書

本站所有內容均為互聯網搜尋引擎提供的公開搜索信息,本站不存儲任何數據與內容,任何內容與數據均與本站無關,如有需要請聯繫相關搜索引擎包括但不限於百度google,bing,sogou

© 2025 ttbooks.qciss.net All Rights Reserved. 小特书站 版權所有