本书以天津启诚伟业科技有限公司提供的TQD-Micromouse OCv2.0虚拟仿真评测系统为教学载体，按照“项目—任务”教学法讲述基于Python、Ubuntu、Gazebo、ROS2的编程基础知识。具体内容包括：智能运动装置虚拟仿真基础、智能运动装置虚拟仿真开发环境智能运动装置虚拟仿真评测系统、智能运动装置拓展学习资料。

本书配套丰富的数字化资源，加入3D虚拟仿真技术，通过学习虚拟仿真、智能算法等知识，可为学生进一步学习新一代信息技术知识奠定基础。

本书面向新一代信息技术、自动化类等相关领域，适合作为高等职业院校开展职业启蒙、科技活动和特色教育的教材，也可作为企业工程技术人员培训用书及智能运动装置爱好者的参考用书。

当前，随着全球数字化进程加速推进，数字化转型成了世界范围内教育转型的重要载体和方向。党的二十大报告对办好人民满意的教育作出重要部署，强调要“推进教育数字化”。习近平总书记在主持中共中央政治局第五次集体学习时指出：“教育数字化是我国开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口。”这些都凸显了教育数字化的关键作用，为我们把握新一轮科技革命和产业变革深入发展的机遇、建设教育强国指明了方向和路径；同时也推动了新一代信息技术与数字技术在职业教育中的广泛应用和深度融合，逐步“重塑”教育的理念、模式与形态。凝聚教育变革共识，共创美好教育未来，需要我们共同努力，携手前行，共同书写教育变革的新篇章。

本书采用的智能运动装置虚拟仿真实训载体，为天津启诚伟业科技有限公司提供的TQD-Micromouse OC v2.0虚拟仿真系统。该系统不受地域、时空限制，采用虚拟仿真实验教学模式，将现代信息技术融入实验教学课程项目，拓展实践竞赛内容的广度和深度，延伸教学竞赛时间和空间，提升教学质量和竞赛水平。在智能运动装置逐步走向数字孪生技术的过程中，以服务产业和技术发展为导向，主动与国际职业教育接轨，立足市场需求，深化产学研合作，进一步打造全国职教高地。

本书第〇篇讲述智能运动装置的发展与渊源，让学生不仅“知其然”更要“知其所以然”。在第一篇学生循序渐进地学习Ubuntu系统、ROS2系统，为智能运动装置虚拟仿真开发设计的学习打下良好的基础。第二篇介绍智能运动装置虚拟仿真开发环境，包括虚拟仿真评测系统和常用的编程IDE。

在第三篇和第四篇，学习TQD-Micromouse OC v2.0系统核心功能、虚拟仿真程序设计的实践应用，加强学生的动手实践能力，培养学生的创新思维与创新意识。

第五篇为智能运动装置虚拟仿真实训平台的拓展学习资料。从学习Python语言基础知识，到了解智能运动装置在迷宫地图中的搜索策略、运动方向转换法则、迷宫信息存储方法以及等高图路径优选方法等，进行系统的知识梳理。通过多样化的教学方法和资源，激发学生的学习兴趣，提高学生知识储备的数量与质量。

通过系统地学习和实践，可使学生对新一代信息技术、通信技术、软件技术、嵌入式技术、机电一体化技术及人工智能、虚拟仿真等专业领域中的关键技术，由简入繁展开，再由繁到简去总结。

本书具有如下特点：

（1）体现能力本位功能，突出职业能力培养。将项目或任务的工作内容序化为完整的工作过程，在完成职业活动过程中不断积淀职业能力。

（2）辅以数字化资源，教材内容立体呈现。本书配套开发设计了数字教学资源小视频，扫描书中二维码，即可查阅相关知识点。

（3）加入3D虚拟仿真技术。本书在选用学习载体和学习内容时，充分考虑调动学生的学习兴趣，提供了一个观测虚拟世界交互的三维界面，学生可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感，增强了教材的时效性。

（4）校企合作开发，充分融入产教融合校企合作思想。

本书由天津城市建设管理职业技术学院工学博士、高级工程师黄瑞，南开大学工学博士、副教授高艺，天津启诚伟业科技有限公司总经理、高级工程师宋立红担任主编。天津城市建设管理职业技术学院勾鹏、齐昕彤、王新宇担任副主编。天津城市建设管理职业技术学院李小雪，天津启诚伟业科技有限公司总经理特别助理严靖怡、高等教育部经理白宇晴参与了本书的编写整理工作。

本书的出版得到了天津城市建设管理职业技术学院、南开大学等相关院校教授专家的大力支持。天津启诚伟业科技有限公司提供了企业实际工程案例、思维导图、二维码视频课程资源。在此，向相关单位及人员一并表示感谢。

尽管我们在探索职业教育教材特色的建设方面有了一定的突破，但限于水平，书中仍难免存在疏漏与不妥之处，恳请各相关教学单位和读者在使用本书时给予关注，并将意见及时反馈给我们，以便修订时改进。

编 者

2023年11月

第〇篇 绪论001
项目一 智能运动装置的发展与渊源  002
任务一 了解智能运动装置竞赛在国内的发展  003
任务二 了解中国智能运动装置在国际的发展  004
任务三 了解虚拟仿真智能运动装置的新机遇  005
思考与总结  008
项目二 虚拟仿真技术在教学中的应用发展  009
任务一 认识虚拟仿真技术在教育中的典型应用  010
任务二 了解虚拟仿真教学和虚实融合的优势  012
任务三 认识虚拟仿真技术的本质和特征  014
思考与总结  014
项目三 虚拟仿真智能运动装置竞赛  015
任务一 了解国内虚拟仿真智能运动装置竞赛  015
任务二 了解国际虚拟仿真智能运动装置竞赛  018
思考与总结  020
第一篇 智能运动装置虚拟仿真基础021
项目四 了解Ubuntu系统  022
任务一 认识Ubuntu系统  022
任务二 安装Ubuntu系统  024
任务三 体验Ubuntu系统  025
任务四 执行Ubuntu命令  027
思考与总结  035
项目五 了解ROS2系统  036
任务一 认识ROS2系统  036
任务二 安装ROS2系统  038
任务三 体验ROS2系统  039
任务四 执行ROS2命令  041
思考与总结  050
第二篇 智能运动装置虚拟仿真开发环境051
项目六 体验虚拟仿真评测系统  052
任务一 了解评测系统  052
任务二 启动评测系统  054
任务三 运行评测系统  055
思考与总结  057
项目七 了解常用的编程IDE  058
任务一 体验VSCode编辑器  058
任务二 体验Pycharm编辑器  061
任务三 体验Thonny编辑器 064
思考与总结  066
第三篇 智能运动装置虚拟仿真评测系统067
项目八 学习评测系统核心功能  068
任务一 掌握多重模式功能  069
任务二 掌握数据显示功能  072
任务三 掌握仿真控制功能  073
思考与总结  073
项目九 学习评测系统程序调试  074
任务一 掌握初级程序调试  074
任务二 掌握高级程序调试  075
任务三 尝试程序发布与保存  076
思考与总结  076
第四篇 智能运动装置虚拟仿真程序设计077
项目十 学习虚拟仿真基础驱动  078
任务一 掌握激光雷达检测  078
任务二 掌握两轮差速驱动  081
任务三 尝试循迹运行功能  085
思考与总结  087
项目十一 学习虚拟仿真进阶控制  088
任务一 掌握坐标计算  088
任务二 掌握转弯控制  092
任务三 尝试运行演示  100
思考与总结  102
第五篇 智能运动装置拓展学习资料103
项目十二 学习Python语言基础知识  104
任务一 认识Python开发环境  104
任务二 掌握Python数据类型  112
任务三 掌握Python函数和类  124
任务四 了解Python扩展库  128
项目十三 学习智能运动装置拓展知识点  132
任务一 了解智能运动装置搜索策略  132
任务二 了解智能运动装置方向转换  134
任务三 了解迷宫信息的存储方法  136
任务四 认识等高图路径优选方法  137

    黄瑞，天津城市建设管理职业技术学院

    高艺，南开大学

    宋立红，天津启诚伟业科技有限公司

本书以天津启诚伟业科技有限公司提供的TQD-Micromouse OCv2.0虚拟仿真评测系统为教学载体，按照“项目—任务”教学法讲述基于Python、Ubuntu、Gazebo、ROS2的编程基础知识。具体内容包括：智能运动装置虚拟仿真基础、智能运动装置虚拟仿真开发环境智能运动装置虚拟仿真评测系统、智能运动装置拓展学习资料。

本书配套丰富的数字化资源，加入3D虚拟仿真技术，通过学习虚拟仿真、智能算法等知识，可为学生进一步学习新一代信息技术知识奠定基础。