本專欄目錄：

• 前言

• 第一章：Linux基礎(chǔ)

• 第二章：ROS入門

• 第三章：感知與大腦

• 第四章：差分底盤設(shè)計(jì)

• 第五章：樹(shù)莓派3開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

• 第六章：SLAM建圖與自主避障導(dǎo)航

• 第七章：語(yǔ)音交互與自然語(yǔ)言處理

• 附錄A：用于ROS機(jī)器人交互的Android手機(jī)APP開(kāi)發(fā)

• 附錄B：用于ROS機(jī)器人管理調(diào)度的后臺(tái)服務(wù)器搭建

• 附錄C：如何選擇ROS機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行SLAM導(dǎo)航入門

視頻教程

https://www.bilibili.com/video/BV1jS4y1a7Lz

由于機(jī)器人SLAM、自動(dòng)導(dǎo)航、語(yǔ)音交互、機(jī)械臂控制這一系列的算法都在機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS中有很好的支持，所以后續(xù)的章節(jié)中都會(huì)使用ROS來(lái)組織構(gòu)建代碼；而ROS又是安裝在Linux發(fā)行版ubuntu系統(tǒng)之上的，先學(xué)一些Linux命令行相關(guān)的知識(shí)，對(duì)后續(xù)ROS教程的快速上手會(huì)大有幫助。由于后續(xù)ROS的開(kāi)發(fā)都是在Linux發(fā)行版ubuntu系統(tǒng)上進(jìn)行，所以本章節(jié)就以u(píng)buntu系統(tǒng)為例，對(duì)Linux命令行相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行展開(kāi)講解，本章節(jié)主要內(nèi)容：

1.Linux簡(jiǎn)介

2.安裝Linux發(fā)行版ubuntu系統(tǒng)

3.Linux命令行基礎(chǔ)操作

下面這本書是本篇文章的參考文獻(xiàn)，大家有需要可以入手一本：

1.Linux簡(jiǎn)介

Linux是一個(gè)開(kāi)源、免費(fèi)的操作系統(tǒng)，它以強(qiáng)大的安全、穩(wěn)定、多并發(fā)性能得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可，目前l(fā)inux被使用在很多中大型，甚至巨型項(xiàng)目中。很多軟件公司考慮到開(kāi)發(fā)成本，都選用linux，在中國(guó)軟件公司得到廣泛的使用。

1.1.Linux系統(tǒng)組成

Linux操作系統(tǒng)的核心為L(zhǎng)inus Torvalds開(kāi)發(fā)的內(nèi)核(Kernel)，Linux內(nèi)核之上的組件分為幾部分：一部分是GNU的組件（如gcc、bash等）；另一些重要組成部分則來(lái)自UC Berkeley分校的BSD Unix項(xiàng)目和麻省理工學(xué)院的X Windows項(xiàng)目，以后在這之后成千上萬(wàn)的程序員開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序等，Linux代碼貢獻(xiàn)者見(jiàn)圖2。

1.2.Linux的版本

Linux的發(fā)行版就是將Linux內(nèi)核和應(yīng)用軟件打成一個(gè)包。內(nèi)核版并不能直接使用，需要進(jìn)行包裝后用戶才能更直接的使用。各個(gè)廠商針對(duì)Linux的內(nèi)核所發(fā)布的各自的發(fā)行版，用戶可以直接使用操作。幾種常見(jiàn)的發(fā)行版見(jiàn)圖3所示。

2.安裝Linux發(fā)行版ubuntu系統(tǒng)

如果已經(jīng)在物理機(jī)電腦上安裝了ubuntu系統(tǒng)的朋友，可以直接跳過(guò)這一節(jié)的講解，直接看下一節(jié)關(guān)于Linux命令行的講解。

考慮到大部分朋友平時(shí)都使用windows系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和辦公，方便起見(jiàn)，強(qiáng)烈推薦在windows系統(tǒng)中用虛擬機(jī)運(yùn)行ubuntu系統(tǒng)，進(jìn)行ubuntu的體驗(yàn)和學(xué)習(xí)。這樣做的好處是，在同一個(gè)電腦上使用ubuntu系統(tǒng)的同時(shí)，又不妨礙使用物理機(jī)原來(lái)的windows系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)之間還可以實(shí)現(xiàn)文件的共享，不用擔(dān)心因初學(xué)沒(méi)經(jīng)驗(yàn)損壞ubuntu系統(tǒng)后難以重裝的麻煩。下面就以VMware虛擬機(jī)+ubuntu16.04為例，跟大家介紹安裝ubuntu的過(guò)程。

2.1.安裝VMware虛擬機(jī)

首先去VMware的官網(wǎng)https://www.vmware.com/cn.html下載安裝包，在頁(yè)面中找到“下載”按鈕，如圖4，并點(diǎn)擊進(jìn)入。

選擇Workstation Pro這個(gè)版本，如圖5。

選著一個(gè)合適自己系統(tǒng)的安裝包，我準(zhǔn)備在windows系統(tǒng)上安裝VMware，本文寫作時(shí)對(duì)應(yīng)的最新版本是Workstation 15 Pro for Windows，點(diǎn)擊“立即下載”，如圖6，等待下載完成。

下載完成后，找到文件名為“VMware-workstation-full-15.0.2-10952284.exe”的安裝包，以管理員權(quán)限運(yùn)行此安裝包，安裝方法和其他軟件安裝方法類似，首先是一個(gè)歡迎界面，如圖7，直接點(diǎn)擊“下一步”就好了。

接下來(lái)是許可證，如圖8，勾選“我接受許可協(xié)議中的條款”欄，然后點(diǎn)擊“下一步”。

接下來(lái)是安裝路徑，使用默認(rèn)的路徑就行了，如圖9，直接“下一步”。

接下來(lái)，詢問(wèn)用戶體驗(yàn)設(shè)置，建議都不要勾選，如圖10，然后“下一步”。

接下來(lái)，快捷方式創(chuàng)建，如圖11，默認(rèn)創(chuàng)建就行了，直接“下一步”。

接下來(lái)，就可以點(diǎn)擊“安裝”，開(kāi)始安裝了。

接下來(lái)，進(jìn)入安裝等待界面，如圖13，等待安裝進(jìn)度完成后，點(diǎn)擊“下一步”。

接下來(lái)，這一步需要特別說(shuō)明一下，如果只是想臨時(shí)試用一下VMware的話，直接點(diǎn)擊“完成”按鈕，就可以完成試用版的安裝了；如果是想要長(zhǎng)期使用VMware的話，就需要點(diǎn)擊“許可證”按鈕，進(jìn)行接下來(lái)的注冊(cè)流程，我這里選擇點(diǎn)擊“許可證”按鈕。

接下來(lái)，輸入您購(gòu)買的許可秘鑰，或者稍后輸入。

到這里，VMware的安裝就完成了，點(diǎn)擊桌面上的VMware圖標(biāo)便可以使用了。

2.2.在VMware虛擬機(jī)中安裝ubuntu系統(tǒng)

在VMware虛擬機(jī)中安裝操作系統(tǒng)的原理很簡(jiǎn)單，其實(shí)就是VMware虛擬機(jī)給你先虛擬一個(gè)物理機(jī)資源（CPU，內(nèi)存，硬盤，網(wǎng)卡等）出來(lái)，然后你在這個(gè)虛擬出來(lái)的物理機(jī)資源上安裝你想運(yùn)行的操作系統(tǒng)。其實(shí)就是兩步，第一步創(chuàng)建虛擬機(jī)資源，第二步在虛擬機(jī)資源上安裝自己的操作系統(tǒng)。好了，接下來(lái)就來(lái)看看怎么具體操作了。

首先要下載好ubuntu系統(tǒng)的安裝鏡像文件（ubuntu-16.04.4-desktop-amd64.iso），這里推薦去ubuntu的官網(wǎng)下載ubuntu 16.04 Desktop這個(gè)版本，因?yàn)閡buntu 16.04 Desktop這個(gè)版本現(xiàn)在最穩(wěn)定，下載鏈接（https://www.ubuntu.com/download/alternative-downloads），如圖16，推薦迅雷進(jìn)行下載，下載完成后得到ubuntu-16.04.4-desktop-amd64.iso文件備用。

接下來(lái)，點(diǎn)擊桌面上的VMware圖標(biāo)，進(jìn)入后點(diǎn)擊“創(chuàng)建新的虛擬機(jī)”按鈕，如圖17。

選擇典型配置，然后點(diǎn)擊“下一步”，如圖18。

選擇“稍后安裝操作系統(tǒng)”，然后點(diǎn)擊“下一步”，如圖19。

選擇“Linux”和“Ubuntu 64位”選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“下一步”，如圖20。

這一步是給新建的虛擬機(jī)取名稱并保存虛擬機(jī)，“虛擬機(jī)名稱”欄填上你取得虛擬機(jī)名稱，“位置”欄填保存新建虛擬機(jī)的路徑，然后點(diǎn)擊“下一步”，如圖21。

這一步是給新建的虛擬機(jī)指定磁盤容量，默認(rèn)分配20GB，將虛擬磁盤拆分成多個(gè)文件，然后點(diǎn)擊“下一步”，如圖22。

這一步是確認(rèn)硬件參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊“自定義硬件”可以查看硬件的詳細(xì)參數(shù)（比如內(nèi)存:2GB，網(wǎng)絡(luò)適配器:NAT，顯示器:自動(dòng)檢測(cè)），這些參數(shù)默認(rèn)參數(shù)就行了，退出查看硬件窗口，點(diǎn)擊“完成”，如圖23。

最后，看到圖24，第一步創(chuàng)建虛擬機(jī)資源的操作便完成了，接下來(lái)就是第二步在虛擬機(jī)資源上安裝自己的操作系統(tǒng)ubuntu-16.04.4-desktop-amd64.iso。

在左側(cè)欄中找到剛剛創(chuàng)建的虛擬機(jī)“Ubuntu 64位”，右鍵單擊此處后在彈出的選項(xiàng)中選擇“設(shè)置”，在彈出的選項(xiàng)中選擇“CD/DVD(SATA)”，在對(duì)應(yīng)右邊欄中選擇“使用ISO映像文件”，并點(diǎn)擊“瀏覽”找到之前下載好的文件ubuntu-16.04.4-desktop-amd64.iso，點(diǎn)擊“打開(kāi)”，點(diǎn)擊“確定”，這個(gè)時(shí)候便已經(jīng)將ubuntu鏡像文件插入虛擬機(jī)了，如圖25。

接下來(lái)，點(diǎn)擊虛擬機(jī)的“開(kāi)機(jī)”按鈕，ubuntu鏡像便開(kāi)始載入，正式進(jìn)入ubuntu系統(tǒng)的安裝過(guò)程了，如圖26，接下來(lái)安裝ubuntu過(guò)程的設(shè)置和在物理機(jī)上安裝ubuntu是一樣的了。

在ubuntu開(kāi)機(jī)載入完成后，彈出的選項(xiàng)中，選擇“中文（簡(jiǎn)體）”，然后點(diǎn)擊“安裝Ubuntu”，如圖27。

這里直接使用默認(rèn)選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“繼續(xù)”，如圖28。

選擇“清除整個(gè)磁盤并安裝Ubuntu”，這里不是真的清除物理機(jī)磁盤上的內(nèi)容，只是清除虛擬機(jī)申請(qǐng)的20GB虛擬磁盤空間，所以可以放心清除，然后點(diǎn)擊“現(xiàn)在安裝”，如圖29。

這一步是給你展示清除磁盤的具體內(nèi)容，直接點(diǎn)擊“繼續(xù)”，如圖30。

這一步是選擇時(shí)區(qū)，用鼠標(biāo)在地圖中點(diǎn)擊中國(guó)區(qū)域，會(huì)自動(dòng)鎖定到Shanghai時(shí)區(qū)，然后點(diǎn)擊“繼續(xù)”，如圖31。

這一步是選擇鍵盤布局，默認(rèn)設(shè)置就行了，點(diǎn)擊“繼續(xù)”，如圖32。

這一步是用戶名和登錄密碼設(shè)置，由于是用來(lái)做實(shí)驗(yàn)用，所以用戶名設(shè)置為:ubuntu64,密碼設(shè)置為:123456，選擇“自動(dòng)登錄”，然后點(diǎn)擊“繼續(xù)”，如圖33。

最后，如圖34，看到這個(gè)畫面，安裝設(shè)置就算完成了，接下來(lái)就是漫長(zhǎng)的安裝過(guò)程了，安裝全程請(qǐng)保證物理機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接良好且能上外網(wǎng)，因?yàn)榘惭b過(guò)程中需要從網(wǎng)絡(luò)中下載一些更新包，安裝進(jìn)度完成后，重啟虛擬機(jī)電源，便完成安裝了。

最后，提一提鼠標(biāo)在物理機(jī)與虛擬機(jī)之間的切換技巧，鼠標(biāo)放入虛擬機(jī)窗口區(qū)域點(diǎn)擊后便進(jìn)入虛擬機(jī)操作，Ctrl+Alt+Esc便可以將鼠標(biāo)從虛擬機(jī)切回到物理機(jī)操作了。

最后的最后，還需要安裝一個(gè)非常重要的工具VMware Tools，這個(gè)工具幫助虛擬機(jī)自動(dòng)適應(yīng)屏幕分辨率、實(shí)現(xiàn)物理機(jī)與虛擬機(jī)之間的文件復(fù)制與粘貼等重要功能。

左側(cè)欄中找到虛擬機(jī)“Ubuntu 64位”，右鍵單擊此處后在彈出的選項(xiàng)中選擇“安裝VMware Tools”，這時(shí)候會(huì)彈出安裝VMware Tools的詳細(xì)方法步驟，如圖35。

首先，點(diǎn)擊左側(cè)欄DVD圖標(biāo)，將DVD中的VMwareTools-10.3.2-9925305.tar.gz拷貝到Home目錄中來(lái)，拷貝文件的方法和windows系統(tǒng)的一樣，如圖36。

雙擊Home目錄下的VMwareTools安裝包，在彈出來(lái)的窗口中點(diǎn)擊“提取”，來(lái)完成對(duì)VMwareTools安裝包的解壓，如圖37。

接下來(lái)，ctrl+alt+t組合鍵打開(kāi)ubuntu的命令行終端，在終端中用命令行完成VMwareTools的安裝。

$ cd vmware-tools-distrib/

$ ls

$ sudo ./vmware-install.pl

$ yes

$ 接下來(lái)一路[回車]，直到安裝完成

VMwareTools的安裝完成后，重啟虛擬機(jī)電源，VMwareTools的屏幕分辨率自適應(yīng)和物理機(jī)與虛擬機(jī)之間拷貝文件等功能便生效了。

3.Linux命令行基礎(chǔ)操作

通過(guò)上面的安裝操作，我們現(xiàn)在就可以在虛擬機(jī)上體驗(yàn)ubuntu系統(tǒng)的奧妙了，按下虛擬機(jī)中的“電源”按鈕便可以給ubuntu系統(tǒng)開(kāi)機(jī)了，趕緊去試試吧。

3.1.打開(kāi)終端命令行

雖然也能像windows系統(tǒng)中用圖形交互的方式使用ubuntu系統(tǒng)，但是終端命令行的交互方式在ubuntu系統(tǒng)中使用的更廣泛。所以我們得知道如何打開(kāi)ubuntu系統(tǒng)中的終端命令行，其實(shí)很簡(jiǎn)單：

方法一：右鍵->打開(kāi)終端。

方法二：Ctrl+Alt+t 或者 Ctrl+Shift+t

3.2.常用快捷鍵

（1）tab鍵

tab鍵是有兩個(gè)功能，一個(gè)一次tab命令補(bǔ)齊，另一個(gè)兩次tab提示內(nèi)容，如果我們不記得一個(gè)命令的全拼，或者不記得某個(gè)路徑的全拼，可以輸入命令的前面幾個(gè)字母，然后使用tab鍵自動(dòng)補(bǔ)齊命令或查看提示信息。

（2）Ctrl+c組合鍵

Ctrl+c中斷，強(qiáng)行打斷進(jìn)程，如果終端命令行正在執(zhí)行某個(gè)進(jìn)程的程序，這時(shí)想要中斷掉該進(jìn)程就可以使用Ctrl+c。

（3）Ctrl+d組合鍵

Ctrl+d退出，相當(dāng)于exit和quit，比如用python命令進(jìn)入python交互環(huán)境后，就可以用Ctrl+d退出python交互。

（4）Ctrl+Shift+c組合鍵和Ctrl+Shift+v組合鍵

在終端中復(fù)制粘貼時(shí)，先用鼠標(biāo)選中需要復(fù)制的內(nèi)容，然后用Ctrl+Shift+c進(jìn)行復(fù)制，再用Ctrl+Shift+v進(jìn)行粘貼。

（5）圖形界面和純文本交互模式切換

Ctrl+Alt+F1~F6:純文本交互模式登入tty1~tty6終端機(jī)；

Ctrl+Alt+F7：切回圖形界面。

3.3.終端命令行中一些常用符號(hào)了解

（1）用戶主目錄：~

（2）系統(tǒng)根目錄：/

（3）一般用戶提示符：$

（4）root用戶提示符：#

3.4.關(guān)機(jī)與重啟命令

（1）關(guān)機(jī)

$ sudo poweroff

（2）重啟

$ sudo reboot

3.5.目錄與文件相關(guān)命令

（1）顯示文件和目錄列表

$ ls

（2）切換目錄

$ cd <目標(biāo)目錄>

（3）顯示當(dāng)前所在工作目錄

$ pwd

（4）創(chuàng)建文件

$ touch <文件名>

（5）復(fù)制文件

$ cp <源文件路徑> <目標(biāo)文件路徑>

（6）移動(dòng)文件

$ mv <源文件路徑> <目標(biāo)文件路徑>

（7）刪除文件

$ rm <文件名>

（8）顯示文件內(nèi)容

$ cat <文件名>

（9）創(chuàng)建文件夾

$ mkdir <文件夾名>

（10）刪除文件夾

$ rmdir <文件夾名>

3.6.文件權(quán)限

（1）修改文件讀寫可執(zhí)行權(quán)限,具體權(quán)限由掩碼值決定，如777權(quán)限全開(kāi)

$ sudo chmod 777 <文件名>

（2）修改文件所有者

$ sudo chown <用戶名>:<組名> <文件名>

3.7.文件查找

（1）locate命令查找文件

$ sudo updatedb

$ locate <待查找文件名>

（2）find命令查找文件

$ find -name <待查找文件名>

3.8.網(wǎng)絡(luò)相關(guān)命令

（1）網(wǎng)絡(luò)連接與否測(cè)試

$ ping <待測(cè)目標(biāo)主機(jī)IP或域名>

（2）本地IP地址查看

$ ifconfig

（3）遠(yuǎn)程登錄到目標(biāo)主機(jī)

$?ssh <目標(biāo)主機(jī)用戶名>@<目標(biāo)主機(jī)IP地址>

3.9.系統(tǒng)軟件安裝與軟件運(yùn)行方法

（1）系統(tǒng)默認(rèn)的軟件安裝方法apt-get

$ sudo apt-get update

$ sudo apt-get install <軟件包名稱>

（2）source方法執(zhí)行系統(tǒng)腳本，比如執(zhí)行用戶默認(rèn)配置腳本.bashrc

$ source ~/.bashrc

（3）./方法執(zhí)行一般可執(zhí)行文件

$ ./<可執(zhí)行文件>

3.10.文本編輯器vim使用

（1）vim查看文件內(nèi)容

$ vim <文件名>

（2）vim進(jìn)入編輯模式

在vim查看文件內(nèi)容的界面中，按i鍵進(jìn)入編輯模式，然后就可以編輯文件的內(nèi)容了

（3）vim退出編輯模式

在vim編輯文件內(nèi)容的界面中，按Esc鍵退出編輯模式，然后就又回到查看文件內(nèi)容的界面了

（4）vim編輯內(nèi)容保存

vim在編輯完文件內(nèi)容，退出到查看文件內(nèi)容的界面后，可以輸入“:w”對(duì)編輯內(nèi)容進(jìn)行保存，也可以輸入“:wq”對(duì)編輯內(nèi)容進(jìn)行保存并退出vim

3.11.關(guān)于Linux命令行知識(shí)的學(xué)習(xí)方法建議

上面介紹的Linux命令是一些平時(shí)用的頻率比較高的，但是Linux命令的數(shù)量非常的多，并且很多命令都不常用，而且每個(gè)命令都有很多額外的參數(shù)，所以想要一下子記住所有的Linux命令和使用方法是不現(xiàn)實(shí)的，也是沒(méi)有必要的。

建議大家對(duì)常用的一些Linux命令進(jìn)行學(xué)習(xí)后，Linux命令有了一個(gè)大概的整體了解。對(duì)在日后的實(shí)際工作中遇到不會(huì)的的命令，通過(guò)上網(wǎng)查找使用教程來(lái)學(xué)習(xí)和使用。

后記

為了防止后續(xù)大家找不到本篇文章，我同步制作了一份文章的pdf和本專欄涉及的例程代碼放在github和gitee方便大家下載，如果下面給出的github下載鏈接打不開(kāi)，可以嘗試gitee下載鏈接：

github下載鏈接：https://github.com/xiihoo/DIY_A_SLAM_Navigation_Robot

gitee下載鏈接：https://gitee.com/xiihoo-robot/DIY_A_SLAM_Navigation_Robot

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參考文獻(xiàn)

[1] 張虎，機(jī)器人SLAM導(dǎo)航核心技術(shù)與實(shí)戰(zhàn)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2022.