ROS2机器人少年创客营：Python第三课

课程名称

机器人的工具箱------函数与模块化思维

课程目标

理解函数概念：学会将重复的代码块封装成"工具"，理解"一次编写，多次调用"的优势。
掌握参数传递：理解如何给函数"喂料"（输入参数），让同一个工具处理不同的任务。
理解返回值：学会从函数中获取处理结果，打通数据流动的闭环。
建立模块化思维：初步接触"分而治之"的编程思想，为ROS2的"节点"概念做铺垫。

核心内容

为什么要用函数？

痛点分析 ：
- 如果你要让机器人走一个正方形，你需要写4次"前进"和4次"转弯"。
- 如果要把正方形改成六边形，你得复制粘贴更多代码。
- 如果"转弯"的逻辑变了（比如要转得更平滑），你得修改8个地方。太麻烦了！
函数的定义 ：
- 比喻：函数就是给机器人的一套"专用工具"或"必杀技"。
- 例子：你不需要每次都告诉机器人"抬腿、前伸、下压、摩擦地面"，你只需要定义一个工具叫走路()。
- 好处：代码复用、易于修改、逻辑清晰。

定义与调用：制造工具与使用工具

定义函数（制造工具） ：
- 使用def关键字。
- 语法：
  python 复制代码
```
def 工具名称():
    # 这里写具体的步骤
    print("正在执行任务...")
```
- 注意：定义时，工具不会立刻运行，只是被"存"进了工具箱里。
调用函数（使用工具） ：
- 语法：工具名称()。
- 场景：当你需要执行任务时，喊出工具的名字，它就会工作。

参数：让工具更灵活

概念：
- 如果只有一个做咖啡()函数，它只能做一种口味。
- 加上参数：做咖啡(糖量, 水量)。这样同一个函数，根据你给的参数不同，能做出不同的咖啡。
ROS2关联 ：
- 以后我们会写一个转向(角度)的函数。告诉它90度，它就转90度；告诉它180度，它就转180度。

返回值：不仅仅是执行，还要反馈

概念：
- 你给洗衣机（函数）衣服和水（参数），它洗完后会给你一个结果：洗干净的衣服。
- 在编程中，这就是return。
应用：
- 函数计算距离(起点, 终点)，最后return一个数字，告诉你具体多少米。

实践环节

任务：打造"万能绘图仪"

场景：我们要控制海龟（机器人）画图形。不要直接写移动代码，而是先制造"画笔工具"。
步骤1：定义基础工具
- 定义一个函数draw_square(边长)。
- 在函数内部，使用for循环（复习第二课），让机器人前进边长，然后右转90度，重复4次。
步骤2：定义高级工具
- 定义一个函数draw_polygon(边数, 边长)。
- 利用数学知识（360度除以边数），计算每次转弯的角度。
步骤3：调用与组合
- 在主程序中，依次调用这些工具：
  - draw_square(100) ------ 画一个大正方形。
  - draw_polygon(6, 50) ------ 画一个六边形。
  - draw_polygon(3, 80) ------ 画一个三角形。

代码示例 ：

python 复制代码

import time # 引入时间库，为了演示效果

# 模拟机器人动作的函数（代替真实的硬件控制）
def move_forward(distance):
    print(f" 前进 {distance} 米")
    time.sleep(1) # 模拟耗时

def turn_right(angle):
    print(f" 右转 {angle} 度")
    time.sleep(0.5)

# --- 定义我们的万能工具 ---

def draw_square(size):
    print(f"--- 开始画正方形，边长: {size} ---")
    for i in range(4):
        move_forward(size)
        turn_right(90)
    print(" 正方形画完！\n")

def draw_polygon(sides, size):
    print(f"--- 开始画多边形，边数: {sides}, 边长: {size} ---")
    # 计算每次转弯的角度：360 / 边数
    angle = 360 / sides
    for i in range(sides):
        move_forward(size)
        turn_right(angle)
    print(f" {sides}边形画完！\n")

# --- 主程序：像搭积木一样使用工具 ---

print(" 机器人绘图系统启动...")

# 任务1：画个小的正方形
draw_square(50)

# 任务2：画个六边形
draw_polygon(6, 40)

# 任务3：画个大的正方形
draw_square(100)

print(" 所有绘图任务完成！")

课后总结

今天我们学会了"偷懒"的智慧。通过函数，我们将复杂的动作打包成了简单的指令。在ROS2中，每一个"节点"其实就是一个超级复杂的函数集合。掌握了函数，你就掌握了模块化编程的钥匙。

课后思考

如果我们把draw_square函数写在另一个文件里，现在的程序还能用吗？（引出下节课的内容：模块与库的导入）。