用于机器人技术的 Python

第 1 单元 课程介绍

- 摘要

预计完成时间15 分钟

本课程是关于学习 Python 的。但不仅仅是作为计算机编程语言的 Python，而是作为未来机器人编程工具的 Python！

本单元是机器人 Python课程的介绍。您将对课程中将要涉及的内容进行快速预览，还将使用模拟机器人进行 Python 的首次练习。

因此，在本课程中，我们将向您展示开始使用 Python 进行机器人编程所需的基本主要概念。学完这门课程后，您就可以顺利地学习 The Construct 的其他课程（基于 Python 的课程）。

更新：在学习本课程的同时，您还有机会在我们的真实机器人实验室（Real Robot Labs）中使用真实机器人 TurtleBot3。本课程的最终项目将在真实机器人上完成。在真实机器人上完成最终项目后，将获得本课程的证书！很激动人心吧？更多详情，请参阅本单元结尾！

- 摘要结束

1.1 为什么要学习 Python？

如果您想成为机器人开发人员，就需要学习 Python。机器人开发人员是为机器人创建软件的程序员。他们是机器人智能的构建者。这是机器人技术中最难的工作

• Python 是与 C++ 并列的最流行的机器人编程语言。不过，Python 在机器人领域赢得的空间一年比一年大。特别是在机器人研究领域，Python 是首选语言之首。

• 用于机器人技术的许多人工智能库都是用 Python 编写的：OpenAI 的强化学习算法、Scikit-learn 的学习库、用于图像处理的 OpenCV 库、Tensorflow 的深度学习等。

• 最后，如果您想成为一名机器人开发人员，就需要学习 ROS。即使 ROS 可以使用 Python 或 C++ 编程，但学习 ROS 最快、最简单的方法还是使用 Python。我们建议您选择这条路。

1.2 开始练习吧！

在做了适当的自我介绍后，现在是真正开始的时候了。而且......在机器人点火学院，我们总是从练习开始！

让我们创建一个简单的 Python 程序来控制模拟的机械臂。

1.2.1 创建第一个 Python 程序

Python 程序在文本文件中创建，使用终端执行。

现在，让我们创建第一个真正的 Python 程序来控制机器人，并使用终端执行。

- 演示 1.1 -

创建第一个 Python 程序

• 进入集成开发环境，选择 src文件夹，在 catkin_ws.

• 右键单击，然后选择 New File(如下图所示）

• 写下我们要创建的 Python 程序的名称： arm_control.py

注意：所有 Python 程序的文件扩展名必须为 .py

• 文件 arm_control.py文件应该会在集成开发环境中自动打开。文件应该是空的。如果文件未自动打开或已关闭，只需双击集成开发环境导航区中显示的文件即可。

• 复制下图所示代码，并将其粘贴到集成开发环境中的 arm_control.py文件中。

恭喜您！您已经创建了第一个 Python 程序！

arm_control.py

在 [ ] 中：

from robotarm_move_pkg.move import RobotActionExecutor
import time 
executor = RobotActionExecutor()
executor.execute_action(action_name="move")  # Default action: "move"
print(f"✅ END")

执行第一个 Python 程序

现在，让我们像通常执行 Python 程序那样来执行这个程序。为此，我们将使用 IDE 下方的终端（我们也称它们为WebShell）。

在 Shell #1 中执行

键入以下命令，只是为了确保你的 Python 程序在那里：

在 [ ] 中：

cd /home/user/catkin_ws/src

在 [ ] 中：

ls

您应该会看到 Python 程序列在那里。要执行 Python 程序，请键入

在 [ ] 中：

python arm_control.py

输入前一条命令后，您将执行创建的 Python 程序来控制机械臂。机械臂必须完成一系列动作。

恭喜您您已经执行了第一个 Python 程序！！

执行程序后，您应该会看到模拟中的机械臂是这样运动的：

如你所见，代码是用 Python 编写的，用于控制机械臂。如果您现在不理解代码，也不用担心。本课程结束后，您就能理解了。

- 演示版 1.1 - 结束

上次练习中的重要事项：

1. 您创建的每个 Python 程序都必须遵循名称约定 <your−program−name><your−program−name>.py

2. 要执行 Python 程序，必须键入

在 [ ] 中：

python <your_program_name>.py

1. 另外，要执行前面的命令，请记住您必须位于 Python 程序所在的同一目录下。

1.3 您将从本课程中学到什么？

在上面的代码中，您已经应用了本课程要学习的许多 Python 概念：

• 如何将数据存储到变量中

• 如何操作变量中的数据

• 如何根据条件改变行为

• 如何创建可在代码其他地方调用的方法

• 如何将代码封装到类中，从而获得简洁、健壮的代码

1.4 你将如何学习这一切？

从第一天起，您就可以通过亲身体验来学习！在机器人点火学院，我们坚信最好的学习方法就是练习、练习，然后......再练习！

由于这是一门 Python 课程，我们将把重点放在编程语言上，而将机器人技术放在一边。在课程中，您还可以与模拟环境进行交互。具体来说，您将学习以下内容

高峰 XL

库珀

机器人手臂黑蜂蜜

1.5 课程要求：

课程要求

为了能够完全理解本课程的内容，您需要知道如何使用 Linux 终端（就像您在演示 1.1 中所做的那样）。如果您不了解演示 1.1中的命令和语言，那么在学习本课程之前，您需要学习以下课程：

• 机器人 Linux

说真的，如果你不知道 Linux 终端是如何工作的，你就会在接下来的章节中迷失方向。所以，如果这是你想要的，那就去做吧。我们在这里等着你！

1.6 结论

在第一课中，你已经学会了如何创建 Python 程序，以及如何执行该程序来控制机械臂。现在，让我们进入下一课，真正理解 Python 语法以及如何为机器人创建复杂的程序。

1.7 单元测验

当从课程中的一个单元转到下一个单元时，您可能会看到以下窗口或类似窗口，并出现一个测验：

如果由于某种原因没有显示，请告诉我们，我们会解决这个问题。

终于，你们期待已久的激动人心的消息来了！

完成本课程后，您可以获得Python技能认证。如本单元开头所述，您将有机会在ROS框架上运行的真实机器人上工作。按照项目描述中给出的说明，将所学的Python技能应用到真实机器人上。完成项目后，您将获得证书！

1.8 真正的机器人乌龟机器人3

在学习本课程的过程中，我们会在某些单元结束时为您提供必要的指导，帮助您操作下图所示的真实机器人TurtleBot3。请按照指示完成任务，这样您就可以在学习本课程的同时完成最终课程项目的一部分。

1.9 特别感谢

如果没有以下人员的工作，本课程就不可能完成：

• Robotnik，Summit XL 机器人和模拟器的创造者。

• 所用 3D 模型的创建者：

• 黑蜂蜜机械臂

• 库珀

• 当然，我们还要感谢整个ROS 社区所做的一切工作，是他们让我们能够为你打造这门课程。我们的课程站在巨人的肩膀上！