机器人开发中的一点体会

机器人开发中的一点体会目录概要分类前期考虑机械部分基本功能和基本原理机构设计和机械要素电控部分基本架构硬件部分软件部分选择与引入其他部分调试与改进各种资源概要－分类轮式机器人智能车，月球车仿生机器人昆虫仿生类－多足及6足复杂仿生类爬行和哺乳仿生类－4足机器蛇仿人其他智能机构，机器手，群机器人轮式轮式机器人是机械上最简化的一种机器人，研究者和使用者的重点放在人工智能和传感器技术上轮式竞赛、救险、探测、娱乐越野能力，速度能力、自我恢复能力、通讯能力、群协调能力仿生机器人－昆虫类仿昆虫类机器人，是机械结构上非常简单的一种，以6足和多足常见。8足以上大中型机器人，早期用于火山探测等应用，由于自由度太多，费用高，可以为轮式和6足，4足替代，近20年非常少见。DanteIINASA/CMU1243568712435687前进方向6足昆虫类近年来以小型和微型居多，主要模仿蟑螂等昆虫。123546123546123546前进方向复杂仿生类－4足爬行和哺乳动物仿生复杂仿生动物机器人的研究，目前主要集中在4足机器人上，研究难点在于突破爬行，向跑动前进。QuadlatorIITITANVIII铁犬IAIBO4足奔跑的研究难点爬行类(乌龟，鳄鱼，普通哺乳动物低速步行)的步态(gait)容易实现1243124312431243起始姿态Phase1Phase2Phase31243Phase3Crawlgaitphases目前尚未成功解决的2个步态Trot和Pace静态：不稳定的重心动态：仅仅使用重心不能确定动态稳定性1243124312431243TrotPace机器蛇机器蛇的基本原理突破很早，在1972年。平面机器蛇的性能已经接近真实水平。运动速度尚未取得突破进展。3维空间的复杂运动有待继续研究基本原理和衍生3维蛇ACM-R3主动履带－忍者CMU的多态多关节主动履带－苍龙仿人难度最大的仿生机器人运动学：2足运动的难度，机器手的复杂作业，全身协调动作：坐下，起立，摔倒后站起……智能要求高：识别，决策，处理各种信息实现：多自由度，多传感器，高性能处理，实时控制仿人机器人的爱好者尝试二足运动简单原理ZMP是一种简化模型(Zeromomentpoint)只要机器人重心位置的重力和由于运动加速度产生的作用力合力，落在支撑面（脚掌）内部即可简单例子：鸽子等家禽智能机构，机器手，群机器人PaloAltoPlayBotMuradaM-TRANIIGroupRobotHiroseLab.Hyperion前期考虑发起一个项目时的考虑选择种类：重新研发？利用平台？选择方案：大型，小型?验证性？选择偏重：偏重机械，机构，电子，设备，算法等等考虑风险：资金，技术，竞争者，人员考虑发展：深层次发展？宽领域发展？机械部分电类专业的弱项——补课机器人中的关键因素好的机构胜过昂贵的电子设备和复杂的软件基本功能和基本原理机构设计和机械要素数学与物理建模－基本数学原理和物理原理线性代数偏微分方程抬腿落下为什么需要空间仿射变换仅仅一个抬腿动作，就需要三个关节配合转动复杂的角度。如果要求足尖端按照一定的曲线运动，三关节角度的变化将更加复杂只有知道了足尖的运动方程，才能进一步根据机器人的重量计算出各个关节分担的力矩，从而通过控制各个电机的功率进行输出更复杂的例子：3条支撑腿的9个关节角度进行复杂的变化，使得身体的重心平稳向前移动θ1θ2θ3运动学方程动力学方程非线性多变量稳定性机构设计和机械要素为什么要进行机构设计？未经思考的机构需要：高级的电机，大量的经费，高性能的电子设备，复杂的程序良好的机构可以

节省经费，降低

电机性能需求，

简化程序。对目前竞赛中－“舵机决定成败”的反思良好机构的例子只有3DOF的四足步行机器人只有7DOF的二足步行机器人机器蛇ACM-R3的机构，普通

舵机完成了不可能的任务减少自由度减少电机减小重量简化设计降低经费普通器件更长时间机械要素机构：连杆机构，曲柄机构，齿轮机构，一些著名机构（汽车后轮）……减速装置：齿轮，同步带，wire，减速箱：普通减速箱，行星减速箱，CVT电机：直流，交流，servo，步进传感器：光电码盘，多圈电位器，霍尔，测速发电机……CAD和辅助设计3DCAD，Pro/E,AutodeskInventor理解加工工艺，板金加工，切削加工，手工加工，数控机床理解机械要素，基本零部件应力设计，材料选择电控部分根据需要选择合适的方案逻辑电路

简单单片机

多单片机

单片机通讯+PC嵌入式系统

嵌入式系统+单片机

嵌入式系统+PC简单胜过复杂例子T.I.Techwire嵌入式系统的一个构架例子硬件输出：控制部分+DA+功率放大(PWM等)反馈：编码器+DIO电位器+AD底层数据通信IO口不够的问题

扩口利用串行通讯协议：I2C，485，自制协议软件部分根据需要设计软件架构简单，稳定，朴素，例子：多线程一些实用的选择：RT-Linux单片机，旧版本DOS，和Linux一些基本概念用户空间和内核空间内核线程和驱动程序通信手段:FIFO控制算法的实现高层算法：运动学方程，动力学方程底层算法：PID控制人工智能是否需要引入人工智能？“人工智能”还是“人工”智能？一些例子：巡线，走迷宫，对抗策略（足球赛，摔跤赛）计算量与最优的平衡传统的人工智能和现代的人工智能深度优先走