為什么要寫一本關(guān)于如何使用ROS學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的新書呢？其實(shí)，編程只是使用機(jī)器人進(jìn)行工作的一小部分。如果你想真正成為擅長機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)者，那么還需要其他領(lǐng)域的技能，如機(jī)電、機(jī)器人仿真、自主導(dǎo)航以及機(jī)器學(xué)習(xí)/強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。這四個主題中的每一個都是組成機(jī)器人技術(shù)的基石，需要掌握它們才能獲得完整的機(jī)器人技能。本書分為四部分，每個部分專門針對這些組成模塊中的一個。
部分（第1～3章）側(cè)重于機(jī)電，并講解機(jī)器人硬件的每個組成部分，提供測試機(jī)器人所配備的每個傳感器和執(zhí)行器的實(shí)際演示。該部分可使你對移動機(jī)器人的工作原理有一個很好的了解。
第二部分（第4～5章）涉及機(jī)器人仿真。該部分介紹ROS并開發(fā)一個兩輪機(jī)器人仿真，用其模擬實(shí)際機(jī)器人的物理屬性和行為。該部分探討數(shù)字孿生的概念，即虛擬機(jī)器人，它是物理機(jī)器人的孿生。這是開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用程序的基本部分，相比測試真實(shí)機(jī)器人硬件的相關(guān)成本，Gazebo免費(fèi)且方便。數(shù)字孿生使我們能夠加快開發(fā)過程并節(jié)省物理機(jī)器人在高級開發(fā)階段的測試。
第三部分（第6～9章）重點(diǎn)介紹機(jī)器人導(dǎo)航（robot navigation），這是移動機(jī)器人常見的任務(wù)。該部分分別通過仿真和物理機(jī)器人的方式，基于實(shí)用項(xiàng)目講解的算法和技術(shù)。
第四部分（第10～12章）著重于機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）和強(qiáng)化學(xué)習(xí)（reinforcement learning），這是機(jī)器人研究和實(shí)際機(jī)器人應(yīng)用中活躍的領(lǐng)域。通過使用該技術(shù)，機(jī)器人能夠從純粹的全自動轉(zhuǎn)變成柔性的行為機(jī)器，包括每一個可能的行為或應(yīng)答的程序，其中機(jī)器人能夠通過一個巧妙的方法從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)對環(huán)境要求的反應(yīng)。該數(shù)據(jù)可以從機(jī)器人的先前經(jīng)驗(yàn)中獲得，也可以從類似機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)中收集。
要構(gòu)建的機(jī)器人應(yīng)用程序，首先需要掌握這四個構(gòu)建模塊，然后組合它們，這就是所謂的智能機(jī)器人（smart robot）。這是你的任務(wù)，也是你的挑戰(zhàn)。
目標(biāo)讀者
如果你是一名工程師，希望構(gòu)建使用ROS和AI驅(qū)動的機(jī)器人，那么本書非常適合你。對于希望開發(fā)自定義ROS機(jī)器人項(xiàng)目的技術(shù)人員和業(yè)余愛好者而言，也可以在本書中發(fā)現(xiàn)對自己有用的資源。
內(nèi)容提要
第1章提供書中內(nèi)容所基于的移動機(jī)器人的關(guān)鍵概念和實(shí)際組裝準(zhǔn)則。我們將從務(wù)實(shí)的角度深入研究GoPiGo3的特性，使其成為學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的理想且經(jīng)濟(jì)、高效的平臺。通過組裝GoPiGo3，你將獲得處理機(jī)器人組件的手技能。
第2章提供GoPiGo3如何工作的實(shí)用解析。為此，引入了JupyterLab環(huán)境，它是一個友好的界面，采用了筆記本的結(jié)構(gòu)，該筆記本的結(jié)構(gòu)由人類可讀的段落和Python代碼片段組成。該章為每個測試程序生成兩個版本：JupyterLab筆記本和純Python腳本。使用這些編程工具，分別測試每個傳感器、執(zhí)行器，檢查其是否正常工作，并了解其背后的技術(shù)。
第3章解釋ROS的基本概念,使用易于理解的語言介紹ROS框架，避免非常技術(shù)性的描述因?yàn)槲覀兊闹饕�目�?biāo)是從概念上準(zhǔn)確地展示ROS的含義。在接下來的章節(jié)中，將提供深入的技術(shù)說明，以便終能夠?qū)�ROS集成到項(xiàng)目中。
第4章介紹如何構(gòu)建簡單的兩輪機(jī)器人，即GoPiGo3的數(shù)字孿生機(jī)器人。該模型以統(tǒng)一機(jī)器人描述格式（Unified Robot Description Format，URDF）編寫，并使用RViz展示效果。RViz是一種提供可配置的圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）的ROS工具，允許用戶顯示其所需要的特定信息，可用于全局機(jī)器人可視化以及在構(gòu)建模型時(shí)調(diào)試特定功能。
第5章講解如何將機(jī)器人的數(shù)字化定義（URDF文件）轉(zhuǎn)為Gazebo的仿真環(huán)境，這由能夠模擬逼真行為的物理引擎提供動力。你還將加深對檢查和測試數(shù)字機(jī)器人的理解，確保其行為能很好地代表現(xiàn)實(shí)情況。
第6章介紹ROS中的命令行交互，以及ROS命令的類型。我們將探討ROS中常用的通信模式，包括發(fā)布-訂閱模型（publish-subscribe model）。為了處理所有的ROS數(shù)據(jù)，我們將介紹rqt，它簡化了開發(fā)和調(diào)試應(yīng)用程序的過程。此外，還引入了ROS參數(shù)，概述它們在高層管理機(jī)器人配置方面的功能。
第7章講解如何使用GoPiGo3為真正的機(jī)器人設(shè)置ROS環(huán)境。我們從使用筆記本電腦鍵盤查看遠(yuǎn)程控制開始，然后進(jìn)一步使用ROS主題等更技術(shù)性的方法。該章使你從基于鍵盤和主題的手動控制過渡到內(nèi)部編程邏輯，以便機(jī)器人能夠自主執(zhí)行任務(wù)。
第8章探討使用實(shí)際方法和GoPiGo3的數(shù)字孿生技術(shù)的同時(shí)定位和地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）技術(shù)。闡述為什么在正確導(dǎo)航之前需要SLAM。該仿真將在ROS本機(jī)仿真工具Gazebo中運(yùn)行，該工具擁有可顯示逼真效果的物理引擎。
第9章通過GoPiGo3物理機(jī)器人將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)回現(xiàn)實(shí)世界。該章重點(diǎn)介紹在實(shí)際環(huán)境中面對機(jī)器人任務(wù)時(shí)出現(xiàn)的許多細(xì)節(jié)和實(shí)際問題�？梢韵冗M(jìn)行仿真，但是只有通過在實(shí)際場景中執(zhí)行任務(wù)，才能獲得機(jī)器人可以按預(yù)期方式運(yùn)行的真實(shí)證據(jù)。該章是你深入了解機(jī)器人導(dǎo)航的起點(diǎn)，并且如果你想研究這一領(lǐng)域，這對增加你的知識儲備至關(guān)重要。
第10章通過溫和的方式而非復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式介紹機(jī)器人的機(jī)器學(xué)習(xí)主題，并把重點(diǎn)放在了解該領(lǐng)域的常用概念上，這將有