機(jī)器人開(kāi)發(fā)中的一點(diǎn)體會(huì)

機(jī)器人開(kāi)發(fā)中的一點(diǎn)體會(huì)目錄概要分類(lèi)前期考慮機(jī)械部分基本功能和基本原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械要素電控部分基本架構(gòu)硬件部分軟件部分選擇與引入其他部分調(diào)試與改進(jìn)各種資源概要－分類(lèi)輪式機(jī)器人智能車(chē)，月球車(chē)仿生機(jī)器人昆蟲(chóng)仿生類(lèi)－多足及6足復(fù)雜仿生類(lèi)爬行和哺乳仿生類(lèi)－4足機(jī)器蛇仿人其他智能機(jī)構(gòu)，機(jī)器手，群機(jī)器人輪式輪式機(jī)器人是機(jī)械上最簡(jiǎn)化的一種機(jī)器人，研究者和使用者的重點(diǎn)放在人工智能和傳感器技術(shù)上輪式競(jìng)賽、救險(xiǎn)、探測(cè)、娛樂(lè)越野能力，速度能力、自我恢復(fù)能力、通訊能力、群協(xié)調(diào)能力仿生機(jī)器人－昆蟲(chóng)類(lèi)仿昆蟲(chóng)類(lèi)機(jī)器人，是機(jī)械結(jié)構(gòu)上非常簡(jiǎn)單的一種，以6足和多足常見(jiàn)。8足以上大中型機(jī)器人，早期用于火山探測(cè)等應(yīng)用，由于自由度太多，費(fèi)用高，可以為輪式和6足，4足替代，近20年非常少見(jiàn)。DanteIINASA/CMU1243568712435687前進(jìn)方向6足昆蟲(chóng)類(lèi)近年來(lái)以小型和微型居多，主要模仿蟑螂等昆蟲(chóng)。123546123546123546前進(jìn)方向復(fù)雜仿生類(lèi)－4足爬行和哺乳動(dòng)物仿生復(fù)雜仿生動(dòng)物機(jī)器人的研究，目前主要集中在4足機(jī)器人上，研究難點(diǎn)在于突破爬行，向跑動(dòng)前進(jìn)。QuadlatorIITITANVIII鐵犬IAIBO4足奔跑的研究難點(diǎn)爬行類(lèi)(烏龜，鱷魚(yú)，普通哺乳動(dòng)物低速步行)的步態(tài)(gait)容易實(shí)現(xiàn)1243124312431243起始姿態(tài)Phase1Phase2Phase31243Phase3Crawlgaitphases目前尚未成功解決的2個(gè)步態(tài)Trot和Pace靜態(tài)：不穩(wěn)定的重心動(dòng)態(tài)：僅僅使用重心不能確定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性1243124312431243TrotPace機(jī)器蛇機(jī)器蛇的基本原理突破很早，在1972年。平面機(jī)器蛇的性能已經(jīng)接近真實(shí)水平。運(yùn)動(dòng)速度尚未取得突破進(jìn)展。3維空間的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)有待繼續(xù)研究基本原理和衍生3維蛇ACM-R3主動(dòng)履帶－忍者CMU的多態(tài)多關(guān)節(jié)主動(dòng)履帶－蒼龍仿人難度最大的仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)：2足運(yùn)動(dòng)的難度，機(jī)器手的復(fù)雜作業(yè)，全身協(xié)調(diào)動(dòng)作：坐下，起立，摔倒后站起……智能要求高：識(shí)別，決策，處理各種信息實(shí)現(xiàn)：多自由度，多傳感器，高性能處理，實(shí)時(shí)控制仿人機(jī)器人的愛(ài)好者嘗試二足運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單原理ZMP是一種簡(jiǎn)化模型(Zeromomentpoint)只要機(jī)器人重心位置的重力和由于運(yùn)動(dòng)加速度產(chǎn)生的作用力合力，落在支撐面（腳掌）內(nèi)部即可簡(jiǎn)單例子：鴿子等家禽智能機(jī)構(gòu)，機(jī)器手，群機(jī)器人PaloAltoPlayBotMuradaM-TRANIIGroupRobotHiroseLab.Hyperion前期考慮發(fā)起一個(gè)項(xiàng)目時(shí)的考慮選擇種類(lèi)：重新研發(fā)？利用平臺(tái)？選擇方案：大型，小型?驗(yàn)證性？選擇偏重：偏重機(jī)械，機(jī)構(gòu)，電子，設(shè)備，算法等等考慮風(fēng)險(xiǎn)：資金，技術(shù)，競(jìng)爭(zhēng)者，人員考慮發(fā)展：深層次發(fā)展？寬領(lǐng)域發(fā)展？機(jī)械部分電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的弱項(xiàng)——補(bǔ)課機(jī)器人中的關(guān)鍵因素好的機(jī)構(gòu)勝過(guò)昂貴的電子設(shè)備和復(fù)雜的軟件基本功能和基本原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械要素?cái)?shù)學(xué)與物理建模－基本數(shù)學(xué)原理和物理原理線性代數(shù)偏微分方程抬腿落下為什么需要空間仿射變換僅僅一個(gè)抬腿動(dòng)作，就需要三個(gè)關(guān)節(jié)配合轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)雜的角度。如果要求足尖端按照一定的曲線運(yùn)動(dòng)，三關(guān)節(jié)角度的變化將更加復(fù)雜只有知道了足尖的運(yùn)動(dòng)方程，才能進(jìn)一步根據(jù)機(jī)器人的重量計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)分擔(dān)的力矩，從而通過(guò)控制各個(gè)電機(jī)的功率進(jìn)行輸出更復(fù)雜的例子：3條支撐腿的9個(gè)關(guān)節(jié)角度進(jìn)行復(fù)雜的變化，使得身體的重心平穩(wěn)向前移動(dòng)θ1θ2θ3運(yùn)動(dòng)學(xué)方程動(dòng)力學(xué)方程非線性多變量穩(wěn)定性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械要素為什么要進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)？未經(jīng)思考的機(jī)構(gòu)需要：高級(jí)的電機(jī)，大量的經(jīng)費(fèi)，高性能的電子設(shè)備，復(fù)雜的程序良好的機(jī)構(gòu)可以

節(jié)省經(jīng)費(fèi)，降低

電機(jī)性能需求，

簡(jiǎn)化程序。對(duì)目前競(jìng)賽中－“舵機(jī)決定成敗”的反思良好機(jī)構(gòu)的例子只有3DOF的四足步行機(jī)器人只有7DOF的二足步行機(jī)器人機(jī)器蛇ACM-R3的機(jī)構(gòu)，普通

舵機(jī)完成了不可能的任務(wù)減少自由度減少電機(jī)減小重量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)降低經(jīng)費(fèi)普通器件更長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械要素機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)，曲柄機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，一些著名機(jī)構(gòu)（汽車(chē)后輪）……減速裝置：齒輪，同步帶，wire，減速箱：普通減速箱，行星減速箱，CVT電機(jī)：直流，交流，servo，步進(jìn)傳感器：光電碼盤(pán)，多圈電位器，霍爾，測(cè)速發(fā)電機(jī)……CAD和輔助設(shè)計(jì)3DCAD，Pro/E,AutodeskInventor理解加工工藝，板金加工，切削加工，手工加工，數(shù)控機(jī)床理解機(jī)械要素，基本零部件應(yīng)力設(shè)計(jì)，材料選擇電控部分根據(jù)需要選擇合適的方案邏輯電路

簡(jiǎn)單單片機(jī)

多單片機(jī)

單片機(jī)通訊+PC嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)+單片機(jī)

嵌入式系統(tǒng)+PC簡(jiǎn)單勝過(guò)復(fù)雜例子T.I.Techwire嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)架例子硬件輸出：控制部分+DA+功率放大(PWM等)反饋：編碼器+DIO電位器+AD底層數(shù)據(jù)通信IO口不夠的問(wèn)題

擴(kuò)口利用串行通訊協(xié)議：I2C，485，自制協(xié)議軟件部分根據(jù)需要設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，樸素，例子：多線程一些實(shí)用的選擇：RT-Linux單片機(jī)，舊版本DOS，和Linux一些基本概念用戶空間和內(nèi)核空間內(nèi)核線程和驅(qū)動(dòng)程序通信手段:FIFO控制算法的實(shí)現(xiàn)高層算法：運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，動(dòng)力學(xué)方程底層算法：PID控制人工智能是否需要引入人工智能？“人工智能”還是“人工”智能？一些例子：巡線，走迷宮，對(duì)抗策略（足球賽，摔跤賽）計(jì)算量與最優(yōu)的平衡傳統(tǒng)的人工智能和現(xiàn)代的人工智能深度優(yōu)先走