Jak zaprogramować robota. Zastosowanie Raspberry Pi i Pythona w tworzeniu autonomicznych robotów. Wydanie II - Helion

Autor: Danny Staple
ISBN: 978-83-283-8167-4
okładka: miękka
Księgarnia: Helion

Cena książki: 99,00 zł

Książka będzie dostępna od września 2021

Zobacz także »

Zobacz także:

Windows Media Center. Domowe centrum rozrywki 66,67 zł, (8,00 zł -88%)
Ruby on Rails. Ćwiczenia 18,75 zł, (3,00 zł -84%)
Przywództwo w świecie VUCA. Jak być skutecznym liderem w niepewnym środowisku 58,64 zł, (12,90 zł -78%)
Scrum. O zwinnym zarządzaniu projektami. Wydanie II rozszerzone 58,64 zł, (12,90 zł -78%)
Od hierarchii do turkusu, czyli jak zarządzać w XXI wieku 58,64 zł, (12,90 zł -78%)

Spis treści

Jak zaprogramować robota. Zastosowanie Raspberry Pi i Pythona w tworzeniu autonomicznych robotów. Wydanie II -- spis treści

O autorze
O korektorach
Wstęp
- Dla kogo jest ta książka?
- O czym jest ta książka?
- Co trzeba wiedzieć?
- Pobieranie przykładów do książki
- Kod w akcji
- Pobieranie kolorowych rysunków
- Konwencje typograficzne przyjęte w tej książce
Część I Podstawy robotyki
Rozdział 1. Wprowadzenie do robotyki
- Co oznacza słowo robot?
- Przykłady zaawansowanych i imponujących robotów
  - Łaziki marsjańskie
- Roboty w domu
  - Pralka
  - Inne roboty w domu
- Roboty w przemyśle
  - Robotyczne ramiona
  - Roboty magazynowe
- Roboty edukacyjne, hobbystyczne i biorące udział w zawodach
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 2. Odkrywanie elementów robota kod i elektronika
- Wymagania techniczne
- Z czego zbudowany jest robot?
- Rodzaje części robota
  - Rodzaje silników
  - Inne elementy wykonawcze
  - Wskaźniki stanu wyświetlacze, światła i dźwięki
  - Rodzaje czujników
- Kontrolery oraz wejścia i wyjścia
  - Piny wejścia/wyjścia
  - Kontrolery
  - Wybór Raspberry Pi
- Projekt z uwzględnieniem części i struktury kodu
- Projekt fizycznej budowy robota
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 3. Odkrywanie Raspberry Pi
- Wymagania techniczne
- Odkrywanie możliwości Raspberry Pi
  - Prędkość i moc
  - Złącza i praca w sieci
  - Wybór Raspberry Pi 3A+
- Wybór złączy
  - Piny zasilania
  - Magistrale danych
  - Ogólne wejścia/wyjścia
  - Nakładki Hat do Raspberry Pi
- Czym jest Raspberry Pi OS?
- Przygotowanie karty SD za pomocą Raspberry Pi Imager
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 4. Przygotowanie Raspberry Pi pod robota
- Wymagania techniczne
- Czym jest system bez głowy i dlaczego jest praktycznym rozwiązaniem dla robota?
- Konfiguracja Wi-Fi na Raspberry Pi i włączenie dostępu do SSH
- Znalezienie swojego Raspberry Pi w sieci
  - Instalacja programu Bonjour w systemie Windows
  - Test programu Bonjour
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Łączenie się z Raspberry Pi za pomocą PuTTY lub SSH
- Konfiguracja Raspberry Pi OS
  - Zmiana nazwy Raspberry Pi
  - Zabezpieczenie Raspberry Pi (choć w małym stopniu)
  - Ponowne uruchomienie Raspberry Pi i połączenie się z nim
  - Aktualizacja oprogramowania Raspberry Pi
  - Wyłączanie Raspberry Pi
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 5. Tworzenie kopii zapasowej kodu za pomocą Gita i karty pamięci SD
- Wymagania techniczne
- Jak kod może zostać uszkodzony lub utracony?
  - Utrata lub uszkodzenie danych na karcie SD
  - Zmiany w kodzie i ustawieniach
- Strategia 1. Zapisywanie kodu na PC i przesyłanie go do Pi
- Strategia 2. Użycie Gita do cofania się w czasie
- Strategia 3. Tworzenie kopii zapasowych na karcie SD
  - Windows
  - Mac
  - Linux
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Część II Budowanie autonomicznego robota podłączanie czujników i silników do Raspberry Pi
Rozdział 6. Podstawy budowania robota koła, zasilanie i połączenia
- Wymagania techniczne
- Wybór podwozia robota
  - Rozmiar
  - Liczba kół
  - Koła i silniki
  - Prostota
  - Cena
  - Wnioski
- Wybór sterownika silników
  - Stopień integracji
  - Wykorzystanie pinów
  - Rozmiar
  - Lutowanie
  - Zasilanie
  - Złącza
  - Wnioski
- Zasilanie robota
- Testowe dopasowanie elementów robota
- Składanie podstawy robota
  - Montaż płytek enkodera
  - Montaż wsporników
    - Montaż plastikowych wsporników
    - Montaż metalowych wsporników
  - Montaż kółka samonastawnego
  - Zakładanie kół
  - Przygotowanie przewodów
  - Montaż Raspberry Pi
  - Dodanie baterii
    - Montaż banku energii
    - Montaż koszyka na baterie
  - Gotowa podstawa robota
- Podłączanie silników do Raspberry Pi
  - Podłączanie sterownika do silników i baterii
  - Niezależne zasilanie
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 7. Jazda do przodu i skręcanie wprawianie silników w ruch za pomocą Pythona
- Wymagania techniczne
- Testowy kod dla silników
  - Przygotowanie bibliotek
  - Test wyszukanie nakładki sterownika silników
  - Test pokazanie, że silniki się kręcą
  - Rozwiązywanie problemów
  - Omówienie kodu
- Sterowanie robotem
  - Rodzaje sterowania
    - Koła skrętne
    - Koła stałe
    - Inne systemy kierowania
  - Kierowanie budowanym przez nas robotem
- Obiekt Robot kod do eksperymentów związanych z komunikacją z robotem
  - Dlaczego warto utworzyć ten obiekt?
  - Z czego się składa obiekt Robot?
- Skrypt pokonania z góry określonej ścieżki
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 8. Programowanie czujników odległości za pomocą Pythona
- Wymagania techniczne
- Wybór między czujnikami optycznymi a ultradźwiękowymi
  - Optyczne czujniki odległości
  - Ultradźwiękowe czujniki odległości
  - Stany logiczne i przesuwanie poziomów napięcia
  - Dlaczego dwa czujniki?
- Podłączanie czujnika ultradźwiękowego i odczytywanie z niego danych
  - Montaż czujników
  - Dodawanie przełącznika zasilania
  - Podłączanie czujników odległości
  - Instalacja bibliotek Pythona do komunikacji z czujnikiem
  - Odczytywanie odległości z czujnika ultradźwiękowego
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Unikanie ścian skrypt omijania przeszkód
  - Dodawanie czujników do klasy Robot
  - Zachowania polegające na omijaniu przeszkód
    - Pierwsza próba omijania przeszkód
    - Bardziej zaawansowane omijanie przeszkód
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 9. Programowanie pasków LED RGB za pomocą Pythona
- Wymagania techniczne
- Czym jest pasek LED RGB?
- Porównanie technologii stosowanych w paskach świetlnych
  - Wartości RGB
- Podłączanie pasków LED RGB do Raspberry Pi
  - Podłączanie paska LED
- Pisanie kodu dla diod LED
  - Tworzenie interfejsu LED
  - Dodawanie klasy Leds do klasy Robot
  - Test jednej diody LED
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Test wszystkich diod LED
- Wyświetlanie tęczy za pomocą diod LED
  - Modele przestrzeni barw
    - Odcień
    - Nasycenie
    - Wartość
    - Zamiana HSV na RGB
  - Wyświetlanie tęczy na pasku LED
- Wykorzystanie paska LED RGB do rozwiązywania problemów z unikaniem przeszkód
  - Dodawanie diod LED do zachowania unikania przeszkód
  - Dodawanie kolorów tęczy
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 10. Sterowanie serwomotorami za pomocą Pythona
- Wymagania techniczne
- Czym są serwomotory?
  - Budowa serwomotoru
  - Wysyłanie pozycji do serwomotorów
- Ustawianie serwomotoru za pomocą Raspberry Pi
  - Kod obracający serwomotorem
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Sterowanie silnikami prądu stałego i serwomotorami
  - Kalibracja serwomotorów
- Dodawanie mechanizmu uchylno-obrotowego
  - Budowa mechanizmu uchylno-obrotowego
  - Montaż mechanizmu uchylno-obrotowego na robocie
- Kod dla mechanizmu uchylno-obrotowego
  - Obiekt serwomotoru
  - Dodawanie serwomotoru do klasy robota
  - Kręcenie mechanizmem uchylno-obrotowym
  - Uruchamianie mechanizmu uchylno-obrotowego
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Budowanie sonaru
  - Montaż czujnika
  - Instalacja bibliotek
  - Kod zachowania
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 11. Programowanie enkoderów za pomocą Pythona
- Wymagania techniczne
- Pomiar przejechanego dystansu za pomocą enkoderów
  - Zastosowanie enkoderów
  - Rodzaje enkoderów
  - Określanie położenia bezwzględnego i względnego
  - Określanie kierunku i prędkości
  - Enkodery w naszym robocie
- Montaż enkoderów
  - Przygotowanie enkoderów
  - Podnoszenie Raspberry Pi
  - Przymocowanie enkoderów do podwozia
  - Podłączanie enkoderów do Raspberry Pi
- Wykrywanie pokonanej odległości za pomocą Pythona
  - Zapisywanie informacji w logu
  - Proste zliczanie
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Dodawanie enkoderów do obiektu robota
    - Wykorzystanie klasy enkoderów
    - Dodawanie urządzenia do obiektu robota
  - Przeliczanie tyknięć na milimetry
- Jazda po linii prostej
  - Korygowanie toru jazdy za pomocą regulatora PID
  - Obiekt regulatora PID w Pythonie
  - Kod jazdy po linii prostej
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów dotyczących tego zachowania
- Pokonanie zadanego dystansu
  - Refaktoryzacja zamiany jednostek w klasie EncoderCounter
  - Inicjalizacja stałych
  - Zachowanie polegające na pokonywaniu zadanej odległości
- Skręcanie w określony sposób
  - Funkcja jazdy po łuku
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 12. Programowanie IMU za pomocą Pythona
- Wymagania techniczne
- Urządzenia nawigacji inercyjnej
  - Polecane modele IMU
- Lutowanie dodawanie złączy do IMU
  - Połączenia lutowane
- Montaż IMU na robocie
  - Umiejscowienie czujnika na robocie
  - Podłączanie IMU do Raspberry Pi
- Pomiar temperatury
  - Instalacja oprogramowania
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Odczytywanie pomiarów temperatury
    - Tworzenie interfejsu
    - Czym jest VPython?
    - Wykres temperatury
    - Rysowanie wykresu temperatury
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Uproszczenie linii poleceń systemu VPython
- Odczytywanie danych z żyroskopu za pomocą Pythona
  - Zasada działania żyroskopu
    - Układy współrzędnych i obrót
  - Dodawanie żyroskopu do interfejsu
  - Wykres danych z żyroskopu
- Odczytywanie danych z akcelerometru za pomocą Pythona
  - Zasada działania akcelerometru
  - Dodawanie akcelerometru do interfejsu
  - Wyświetlanie danych z akcelerometru w postaci wektora
- Praca z magnetometrem
  - Zasada działania magnetometru
  - Dodawanie magnetometru do interfejsu
  - Wyświetlanie danych z magnetometru
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Część III Słyszenie i widzenie wyposażenie robota w inteligentne czujniki
Rozdział 13. System wizyjny robota z wykorzystaniem bibliotek PiCamera i OpenCV
- Wymagania techniczne
- Konfiguracja kamery dla Raspberry Pi
  - Montaż kamery na mechanizmie uchylno-obrotowym
  - Podłączanie kamery
- Konfiguracja oprogramowania do rozpoznawania obrazów
  - Konfiguracja oprogramowania kamery Pi
  - Zdjęcie z Raspberry Pi
  - Instalacja OpenCV i bibliotek pomocniczych
- Tworzenie aplikacji dla Raspberry Pi do przesyłania obrazu
  - Projektowanie serwera kamery OpenCV
  - Obiekt CameraStream
  - Tworzenie głównej aplikacji serwera do przesyłania obrazów
  - Budowa szablonu
  - Uruchamianie serwera
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Wykonywanie zadań w tle w trakcie przesyłania obrazu
  - Tworzenie trzonu aplikacji webowej
  - Tworzenie sterowanego zachowania
  - Tworzenie szablonu na potrzeby sterowania
  - Uruchamianie sterowalnego serwera z obrazami
- Podążanie za kolorowymi obiektami za pomocą Pythona
  - Zamiana obrazu na informacje
  - Rozbudowa regulatora PID
  - Dodawanie pozostałych elementów zachowania
    - Stworzenie szablonu do sterowania
    - Napisanie kodu zachowania
  - Uruchamianie zachowania
    - Dobieranie odpowiednich wartości dla regulatora PID
  - Wykrywanie i usuwanie problemów
- Śledzenie twarzy za pomocą Pythona
  - Szukanie obiektów na obrazie
    - Całkowanie obrazów
    - Wyszukiwanie podstawowych cech
  - Projektowanie naszego zachowania
  - Kod odpowiedzialny za śledzenie twarzy
  - Uruchamianie zachowania polegającego na śledzeniu twarzy
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 14. Śledzenie linii z wykorzystaniem kamery i Pythona
- Wymagania techniczne
- Śledzenie linii wprowadzenie
  - Czym jest śledzenie linii?
  - Zastosowanie w przemyśle
  - Rodzaje technik śledzenia linii
- Tworzenie trasy testowej dla funkcji śledzenia linii
  - Przygotowanie niezbędnych materiałów
  - Wytyczanie linii
- Proces śledzenia linii z wykorzystaniem komputerowego rozpoznawania obrazów
  - Algorytmy śledzenia linii za pomocą kamery
  - Proces rozpoznawania linii
- Testowanie widzenia komputerowego za pomocą przykładowych obrazów
  - Dlaczego należy używać obrazów testowych?
  - Przygotowanie obrazów testowych
  - Kod Pythona znajdujący krawędzie linii
  - Określanie położenia linii na podstawie krawędzi
  - Obrazy testowe z niewyraźną linią
- Śledzenie linii z wykorzystaniem algorytmu PID
  - Tworzenie schematu zachowania
  - Dodawanie czynnika czasu do regulatora PID
  - Tworzenie wstępnej wersji zachowania
  - Regulacja wartości PID
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Ponowne odnajdowanie linii
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 15. Komunikacja głosowa z robotem za pomocą programu Mycroft
- Wymagania techniczne
- Wprowadzenie do programu Mycroft terminologia asystenta głosowego
  - Zamiana mowy na tekst
  - Słowa wybudzające
  - Wypowiedzi
  - Intencja
  - Dialogi
  - Słownictwo
  - Umiejętności
- Ograniczenia nasłuchiwania mowy przez robota
- Dodawanie wejścia i wyjścia audio do Raspberry Pi
  - Montaż nakładki
  - Instalacja asystenta głosowego na Raspberry Pi
  - Instalacja oprogramowania nakładki ReSpeaker Pi
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Komunikacja programu Mycroft z kartą dźwiękową
  - Pierwsze kroki w programie Mycroft
    - Klient Mycroft
    - Rozmowa z asystentem głosowym Mycroft
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Programowanie API za pomocą modułu Flask
  - Zarys sterowania robotem za pomocą Mycroftu
  - Zdalne uruchamianie zachowania
    - Zarządzanie trybami robota
  - Programowanie interfejsu sterującego
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Programowanie asystenta głosowego w programie Mycroft
  - Tworzenie intencji
    - Plik konfiguracyjny
    - Plik z zależnościami
    - Tworzenie plików ze słownictwem
    - Pliki z odpowiedziami
    - Obecna struktura folderu umiejętności
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Dodawanie kolejnej intencji
    - Słownictwo i dialog
    - Dodawanie kodu
    - Próba po dodaniu nowej intencji
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 16. Więcej o IMU
- Wymagania techniczne
- Programowanie wirtualnego robota
  - Tworzenie modelu w VPythonie
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Wykrywanie obrotu za pomocą żyroskopu
  - Kalibracja żyroskopu
  - Obracanie wirtualnym robotem za pomocą żyroskopu
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Wykrywanie pochylenia i przechylenia za pomocą akcelerometru
  - Odczyt pochylenia i przechylenia z wektora akcelerometru
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Wygładzanie odczytów akcelerometrów
    - Przyrost czasu
  - Fuzja danych pomiarowych z akcelerometru i żyroskopu
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Wykrywanie odchylenia za pomocą magnetometru
  - Kalibracja magnetometru
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
    - Sprawdzanie danych uzyskanych podczas kalibracji
    - Co, jeśli koła nie nakładają się na siebie?
- Odczytywanie przybliżonej wartości odchylenia robota z magnetometru
- Zestawienie odczytów z czujników w celu ustalenia orientacji
  - Rozwiązanie problemu 180 stopni
- Sterowanie robotem na podstawie danych z IMU
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 17. Sterowanie robotem za pomocą telefonu i Pythona
- Wymagania techniczne
- Gdy nie działa sterowanie głosem dlaczego musimy mieć możliwość sterowania
- Menu wybieranie zachowań dla robota
  - Zarządzanie trybami robota
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
  - Usługa sieciowa
  - Szablon
  - Uruchamianie aplikacji
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Wybór kontrolera jak będziemy sterować robotem i dlaczego
  - Projekt i ogólny zarys
- Przygotowanie Raspberry Pi do zdalnego sterowania przygotowanie podstawowego systemu sterowania
  - Rozbudowa podstawowej aplikacji do obsługi obrazów
  - Budowa systemu ręcznego sterowania
  - Szablon (strona internetowa)
  - Arkusz stylów
  - Programowanie suwaków
  - Uruchamianie ręcznego sterowania
  - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Robot w pełni sterowany za pomocą telefonu
  - Tryby menu kompatybilne z zachowaniami opartymi na module Flask
  - Wgrywanie usług wideo
  - Nadanie menu stylu
    - Przekształcanie linków menu w przyciski
- Menu startowe dla Raspberry Pi
  - Dodawanie diody do serwera menu
  - Automatyczne uruchamianie robota za pomocą systemd
    - Wykrywanie i rozwiązywanie problemów
- Podsumowanie
- Ćwiczenia
- Lektura uzupełniająca
Część IV Kontynuacja przygody z robotyką
Rozdział 18. Rozwijanie umiejętności z zakresu robotyki
- Społeczności konstruktorów robotów w sieci fora i media społecznościowe
  - Kanały w serwisie YouTube, które warto znać
  - Pytania natury technicznej gdzie szukać pomocy?
- Spotkania konstruktorów robotów zawody, miejsca dla twórców, spotkania
  - Przestrzeń dla twórców
  - Targi twórców, Raspberry Jams i Doja
  - Zawody
- Propozycje nowych umiejętności do zdobycia druk 3D, lutowanie, PCB i CNC
  - Projektowanie
    - Projekty 2D i schematy
    - 3D CAD
  - Umiejętności związane z formowaniem i budowaniem
    - Umiejętności obsługi maszyn i narzędzi
    - Umiejętności manualne i narzędzia
  - Umiejętności związane z elektroniką
    - Zasady w elektronice
    - Rozwijanie umiejętności lutowania
    - Niestandardowe obwody
- Wzbogacanie wiedzy o rozpoznawaniu obrazów
  - Książki
  - Kursy internetowe
  - Media społecznościowe
- Wzbogacanie swojej wiedzy o uczenie maszynowe
  - Platforma programistyczna ROS
- Podsumowanie
- Lektura uzupełniająca
Rozdział 19. Projekt kolejnego robota podsumowanie
- Wymagania techniczne
- Wizualizacja Twojego następnego robota
- Tworzenie schematu blokowego
- Wybór części
  - Schemat testowego dopasowania elementów robota
  - Zakup części
  - Składanie robota
- Planowanie kodu dla robota
  - Warstwy oprogramowania
  - Schematy przepływu danych
  - Ogólnie przyjęte formy schematów
  - Programowanie robota
- Przedstawienie światu swojego projektu
- Podsumowanie