機器人設計與制作(機器人設計與制作的相關(guān)入門(mén)需要掌握怎樣的知識與技能等)
1.機器人設計與制作的相關(guān)入門(mén)需要掌握怎樣的知識與技能等
你的問(wèn)題實(shí)際上包括了兩方面：設計、制作。
制作相對于設計來(lái)講，要容易一些，因為仿造一個(gè)機器人也可以說(shuō)是制作。
所需要的知識大概如下（可參照工科專(zhuān)業(yè)大學(xué)課程規劃）：
結構方面（機械專(zhuān)業(yè)相關(guān)）：機械原理（所需機構的基本運動(dòng)學(xué)、力學(xué)原理），機械設計（知道各種零件的用途、基本配合關(guān)系），基本裝配方法（好多結構能設計出來(lái)，但是裝不起來(lái)），工程圖學(xué)（交給別人機加時(shí)，至少得會(huì )出二維圖），公差計算基礎（知道機加時(shí)哪些尺寸需要多高的精度），工程材料基礎（了解各種常見(jiàn)材料的特性，復合材料方面不需要多深入，了解一些常用的復合材料就行），加工工藝基礎（知道各種零件能如何加工出來(lái)，主要側重冷加工方面）。硬件電路方面（電子專(zhuān)業(yè)相關(guān)）：電路基本原理，模擬電路、數字電路基礎（會(huì )實(shí)現基本的控制電路：電源、邏輯電路等），檢測技術(shù)基礎（知道常見(jiàn)傳感器的原理、指標及使用方法）。軟件方面（計算機專(zhuān)業(yè)相關(guān)）：編程語(yǔ)言（C語(yǔ)言或一種匯編），操作系統基礎（有助于設計較為復雜的軟件架構，也有助于學(xué)習單片機、DSP等控制器），常用算法與數據結構（有助于設計出合理、高效、有創(chuàng )意的機器人控制算法），計算機網(wǎng)絡(luò )基礎（比如未來(lái)可以做多機器人通訊等），軟件工程（知道如何設計并維護軟件），數字圖像處理基礎（用到攝像頭等傳感器時(shí)需要這方面知識）。控制方面（自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)相關(guān)）：電機學(xué)（知道如何控制電機（馬達）轉起來(lái)），自動(dòng)控制原理（讓電機按照你的期望速度和目標位置轉動(dòng)起來(lái)，如經(jīng)典的PID算法），一些信號處理知識（比如用于濾波）。數學(xué)方面（工科專(zhuān)業(yè)相關(guān)） ：計算方法（一些用于實(shí)際計算時(shí)的算法），線(xiàn)性代數（或高等代數、矩陣論）用于未來(lái)需要計算多關(guān)節機器人的運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的必備工具。會(huì )計方面（商科專(zhuān)業(yè)相關(guān)）：成本分析、預算等概念，起碼需要知道做出這個(gè)機器人要花多少錢(qián)（一般機加要占大頭，畫(huà)電路板是其次，自己做的話(huà)，軟件開(kāi)發(fā)的會(huì )計成本可以忽略）。具體到可能需要學(xué)習的技術(shù)方面，可以從以下幾方面涉獵：
結構方面：學(xué)習一種三維建模工具（SolidWorks或Pro E、UG等），能出二維圖；能做一些有限元分析就更好了（會(huì )幫助你設計可靠的結構）。硬件電路方面：會(huì )用一種電子設計工具（Protel、PowerPCB等），能畫(huà)原理圖，會(huì )畫(huà)PCB；一種電路仿真工具（EDA軟件：如Proteus），單片機（51、AVR、Freescale、ARM等）或CPLD/FPGA，你的驅動(dòng)程序、控制算法要在上邊實(shí)現。軟件方面：學(xué)會(huì )一種IDE（如Keil、ICC、Realview等），了解編輯、編譯、調試方法；學(xué)習一下uC/OS或其他RT OS的使用，如果要跑操作系統，可方便移植。經(jīng)典控制如果要設計出自己的機器人來(lái)，恐怕需要在一定“制造”的基礎之上有自己的靠譜想法，可以從多個(gè)學(xué)科深入下去，僅舉幾個(gè)例子：
機構：學(xué)習更多機構原理，積累更多機械設計經(jīng)驗；數字圖像處理：目標檢測、圖像識別，立體視覺(jué)等；控制理論：濾波算法、系統辨識、自適應控制、模糊控制等；仿生學(xué)：好多新穎的機器人都是建立在仿生學(xué)的基礎上的。此外，還可以關(guān)注國際機器人方面相關(guān)的論文（如中文的《機器人學(xué)》等）或會(huì )議（如ICRA、IROS等） ，跟蹤著(zhù)名高校的機器人方面研究近況（如CMU、MIT等），相信一定會(huì )開(kāi)闊眼界的。
2.設計制造工業(yè)機器人要學(xué)習那些知識
1、工業(yè)機器人與自動(dòng)化技術(shù)機械基礎、機械制圖與CAD繪圖、公差配合、電工電子基礎、鉗工工藝、電路原理、電氣控制技術(shù)與plc、單片機應用技術(shù)、電機與電氣控制技術(shù)、夾具設計、機器人編程與操作、機器人工作站系統集成，機器人工作站維護與保養。
2、工業(yè)機器人與數控加工中心機械基礎、機械制圖與CAD繪圖、CAM、公差配合、金屬材料、電機與電氣控制技術(shù)、銑工工藝、工業(yè)機器人編程與操作、加工中心編程與操作、夾具設計、機器人工作站系統集成，機器人工作站維護與保養。3、工業(yè)機器人與數控車(chē)床技術(shù)機械基礎、機械制圖與CAD繪圖、公差配合、金屬材料、車(chē)工工藝、電氣控制技術(shù)、數控車(chē)床編程與操作、工業(yè)機器人編程與操作、機器人工作站基礎、夾具設計。
4、工業(yè)機器人與智能焊接技術(shù)機械基礎、機械制圖與CAD繪圖、金屬材料、焊接工藝、焊條電弧焊技術(shù) 、埋弧焊技術(shù)、電工知識氣體保護焊技術(shù)、智能焊接機器人技術(shù)、焊接機器人編程與操作、焊接機器人工作站基礎。
3.機器人基礎知識
原發(fā)布者：WL課件庫
工業(yè)機器人應用技術(shù)1模塊二1機器人的基礎知識機器人的基本屬于與圖形符號234機器人的主要技術(shù)參數機器人的舉例分析機器人的工作原理與應用技術(shù)單元提要本模塊主要介紹機器人的基礎知識，包括機器人的基本術(shù)語(yǔ)與各類(lèi)圖形符號，機器人的主要技術(shù)參數等，并介紹了幾種實(shí)際產(chǎn)品的技術(shù)規格和機構簡(jiǎn)圖。學(xué)習要求學(xué)習完本模塊的內容后，學(xué)生應熟練掌握機器人的基本術(shù)語(yǔ)和各類(lèi)圖形符號的含義；能夠讀懂并解釋機器人技術(shù)規格書(shū)的內容，能夠熟練繪制出機器人機構簡(jiǎn)圖和各種機械結構的運動(dòng)簡(jiǎn)圖；掌握運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本問(wèn)題，理解機器人的位置與變量的關(guān)系，了解運動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的一般表示方法，能用上述所學(xué)解釋機器人的位置、姿態(tài)和運動(dòng)的關(guān)系。學(xué)習單元一機器人的基本術(shù)語(yǔ)與圖形符號一、機器人的基本術(shù)語(yǔ)1.關(guān)節關(guān)節（joint）即運動(dòng)副，是允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動(dòng)的機構，是兩構件直接接觸并能產(chǎn)生相對運動(dòng)的活動(dòng)連接，如圖2-1所示。A、B兩部件可以做互動(dòng)連接。圖1-13不同坐標結構的機器人一、機器人的基本術(shù)語(yǔ)高副（higherpair）機構簡(jiǎn)稱(chēng)高副，指的是運動(dòng)機構的兩構件通過(guò)點(diǎn)或線(xiàn)的接觸而構成的運動(dòng)副。例如，齒輪副和凸輪副就屬于高副機構。平面高副機構擁有兩個(gè)自由度，即相對接觸面切線(xiàn)方向的移動(dòng)和相對接觸點(diǎn)的轉動(dòng)。相對而言，通過(guò)面的接觸而構成的運動(dòng)副稱(chēng)為低副機構。一、機器人的基本術(shù)語(yǔ)一
4.機器人基礎知識
機器人家上了解到，對于工科領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，脫離實(shí)踐的學(xué)習都是膚淺的，對于控制這種強調經(jīng)驗的技術(shù)更是如此。
如果去問(wèn)一個(gè)程序員怎么學(xué)習一塊技術(shù)，他必然讓你去多編程。機器人領(lǐng)域也是。
如果想把基本功打扎實(shí)，那么實(shí)踐更是必不可少了。 對于普通學(xué)生入門(mén)來(lái)說(shuō) 一款合適的機器人平臺 + 入門(mén)級的控制算法進(jìn)行試驗。
同時(shí)深入地學(xué)習相應地理論知識。對于一個(gè)有控制基礎，需要現學(xué)現用的工作者來(lái)說(shuō)，啃一本諸如《現代控制工程》的書(shū)籍，在工作者演練，下面的平臺內容直接略過(guò)。
關(guān)于平臺的選擇和相應的學(xué)習教程，我放在最后，防止大圖分散了重點(diǎn)。 先結合機器人來(lái)說(shuō)一下控制。
對于設計任何一個(gè)控制系統來(lái)說(shuō)，需要了解自己的輸入、輸出、控制元件，和算法。在一個(gè)簡(jiǎn)易的機器人系統里，分別對應的原件是： 輸入 --- 傳感器 （聲吶，紅外，攝像頭，陀螺儀，加速度計，羅盤(pán)） 控制元件 --- 電機 控制算法 --- 控制板 （小到單片機，大到微機） 輸出 --- 你的控制目標 （比如機器人的路徑跟蹤） 對這四方面都有了解之后，才能基本對機器人的控制有一個(gè)較為感性的認識。
這是入門(mén)的基礎。如果你對輸入和輸出做一個(gè)測量，比如用電機將某個(gè)輪子的轉速從10加速到100，把這個(gè)測量勾畫(huà)出來(lái)，那么這一個(gè)響應曲線(xiàn)。
如何將電機準確快速地從10加速到100，這就需要一個(gè)簡(jiǎn)易的反饋控制器。 上面所說(shuō)的各個(gè)傳感器元件，都有廉價(jià)版可以購買(mǎi)學(xué)習，但隨之引入的問(wèn)題就是他們不精確，比如有噪聲。
消除這個(gè)噪聲，你就需要在你的控制系統中引入更多的控制單元來(lái)消除這個(gè)噪聲，比如加入濾波單元。 上面說(shuō)這么多，只是想表達，理論和算法都是有應用背景的，但同時(shí)，學(xué)習一些暫時(shí)無(wú)法應用的算法也并不助于入門(mén)，甚至可能走偏門(mén)，覺(jué)得越復雜越好。
所有的工程應用者都會(huì )說(shuō)某某算法非常好，但是經(jīng)典還是PID。倘若不親手設計一個(gè)PID系統，恐怕真的領(lǐng)略不到它的魅力。
我大學(xué)本科的控制課程包含了自動(dòng)控制理論和現代控制理論，但是直到我設計一個(gè)四旋翼無(wú)人機的時(shí)候，才真正建立了我自己對機器人控制的理解。 推薦的那本《現代控制工程》是一本非常經(jīng)典的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，需要理論知識，再進(jìn)行詳細的學(xué)習。
我的建議是先玩，玩到需要時(shí)，認真學(xué)習這部分理論。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 推薦一些機器人平臺。
核心都涉及到運動(dòng)控制。 基于arduino的機器人平臺是最大眾的平臺了，這是一個(gè)開(kāi)源社區，很多關(guān)于機器人的簡(jiǎn)易設計和控制算法實(shí)現都能在google得到。
淘寶arduino機器人，包括arduino控制板和各類(lèi)簡(jiǎn)易傳感器，幾百塊之內錢(qián)都能得到。 Imperial College London的Robotics課程就是以L(fǎng)ego為實(shí)驗平臺的，Andrew Davison的課件上所有的理論都可以用Lego實(shí)現Andrew Davison: Robotics Course。
如果這些都玩膩了，可以試試玩一個(gè)機器人飛行控制，比如四旋翼飛機。飛行器是六自由度控制，因此比小車(chē)要更加具有挑戰性，也需要更精確的控制系統。
下面這是我以前的一個(gè)四旋翼DIY，基于arduino MultiWii的。依舊淘寶四旋翼飛行器。
MultiWii是一個(gè)基于arduino的開(kāi)源飛控平臺，所有c代碼都可得，不多于一兩萬(wàn)行。如果把這些都研究透了，相比已經(jīng)是專(zhuān)業(yè)水平了。
5.如果要設計機器人須要什么方面的知識,資料,相關(guān)教程
1.用AutoCAD2000設計機器人 2.簡(jiǎn)易機器人的設計方法 以AT89C51單片機作為智能機器人的檢測和控制核心。
采用紅外光電傳感器檢測路面黑線(xiàn)及障礙物，使用金屬傳感器檢測路面下金屬鐵片，應用光電碼盤(pán)測距，用光敏電阻檢測、判斷車(chē)庫位置，利用PWM (Pulse-Width Modulation，脈寬調制)技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機的轉動(dòng)方向和轉速。通過(guò)軟件編程實(shí)現對智能機器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制和檢測數據的存儲、顯示。
關(guān)鍵詞：智能機器人；傳感器；控制；模塊化設計 隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來(lái)越高，單片機已經(jīng)可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲器、定時(shí)器/計數器、并行和串行接口、看門(mén)狗、前置放大器，甚至A/D、D/A轉換器等電路，這就很容易將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結合起來(lái)，組成所謂的“智能化測量控制系統”。這促使機器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，現在人們已經(jīng)完全可以設計并制造出具有某些特殊功能的簡(jiǎn)易智能機器人了。
1、設計思想與總體方案 1.1 簡(jiǎn)易智能機器人的設計思想 本機器人能在任意區域內沿引導線(xiàn)行走，自動(dòng)繞障，在有光源引導的條件下能沿光源行走。同時(shí)，能檢測埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實(shí)時(shí)存儲、顯示檢測到的金屬片數目以及各金屬片至起跑線(xiàn)間的距離，最后能停在指定地點(diǎn)，顯示出整個(gè)運行過(guò)程的時(shí)間。
1.2 總體設計方案和框圖 本設計以AT89C51單片機作為檢測和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測路面黑線(xiàn)及障礙物，使用金屬傳感器檢測路面下金屬鐵片，應用光電碼盤(pán)測距，用光敏電阻檢測、判斷車(chē)庫位置，利用PWM技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機的轉動(dòng)方向和轉速。
通過(guò)軟件編程實(shí)現機器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測數據的存儲、顯示。我們通過(guò)對電路的優(yōu)化組合，最大限度的利用51單片機的全部資源。
P0口用于數碼管顯示，P1口用于電動(dòng)機的PWM驅動(dòng)控制，P2,P3口用于傳感器的數據采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)很明顯：充分地利用了單片機的內部資源，降低了總體設計的成本。
2、系統的硬件組成及原理 此系統的硬件部分由單片機單元、傳感器單元、傳感器單元、電源單元、聲光報警單元、鍵盤(pán)輸入單元、電機控制單元和顯示單元組成， 2.1 單片機單元 本系統采用AT89C51單片機作為中央處理器。他的主要任務(wù)是掃描鍵盤(pán)輸入的信號啟動(dòng)機器人，在機器人行走過(guò)程中不斷讀取傳感器采集到的數據，將得到的數據進(jìn)行處理后，根據不同的情況產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖來(lái)控制電機，同時(shí)將相關(guān)數據送顯示單元動(dòng)態(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報警信號。
其中，P0口用于數碼管動(dòng)態(tài)顯示，P1.0~P1.5控制2個(gè)電機，P1.6,P1.7為獨立式鍵盤(pán)接口，P2口接傳感器，P3.2接計里程的光電碼盤(pán)，P3.7接聲光報警單元，P3.4,P3.5,P3.6接用于顯示金屬片數目的發(fā)光二極管。 2.2 電機控制單元 本機器人采用了雙電機雙輪驅動(dòng)的小車(chē)作為其底座。
他的2個(gè)電機分別獨立控制其左右兩邊的車(chē)輪，靠?jì)蛇呺姍C的轉速的不同來(lái)實(shí)現轉彎功能，還可讓其原地轉彎，便于控制。而傳統的小車(chē)是靠動(dòng)力電機和轉向電機驅動(dòng)，轉彎角度難以控制，不便于使用。
電機控制電路采用大功率對管BD139,BD140組成的H型驅動(dòng)電路，通過(guò)單片機產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖，精確調整電機的轉速。這種電路由于工作在晶體管的飽和或截止狀態(tài)下，避免了在線(xiàn)性放大區工作時(shí)晶體管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現電機轉速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度和穩定性也完全可以滿(mǎn)足需要，整套驅動(dòng)電路是一種被廣泛采用的電機驅動(dòng)技術(shù)。
電路如圖3所示。 2.3 傳感器單元 2.4 鍵盤(pán)輸入單元 鍵盤(pán)輸入單元采用獨立式鍵盤(pán)，由2個(gè)按鍵組成，其中一個(gè)為啟動(dòng)鍵，另一個(gè)為顯示切換鍵，當機器人行走完全程后，按下該鍵，將顯示整個(gè)行走過(guò)程的時(shí)間。
2.5 顯示單元 顯示單元由2個(gè)7段數碼管組成，為了減少整個(gè)系統的功耗，采用了由單片機軟件譯碼，動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)金屬片到起點(diǎn)的距離以及整個(gè)運行過(guò)程的時(shí)間。 2.6 聲光報警單元 用555作振蕩源，用單片機觸發(fā)振蕩源驅動(dòng)電磁訊響器作為聲音指示器和1只發(fā)光二極管作為光指示裝置，從而組成聲光報警單元。
2.7 電源單元 本系統采用2套電源分別對電機和控制電路進(jìn)行單獨供電。系統控制電路采用經(jīng)7805穩壓后的輸出供電（5 V），電機則采用4節AA電池來(lái)供電。
3、系統的軟件設計 該系統配套的軟件程序采用模塊結構，由C語(yǔ)言編寫(xiě)完成。主要由初始化程序、偏道調整程序、偏離光源調整程序、聲光指示子程序、讀傳感器狀態(tài)、顯示程序、定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序、定時(shí)器1的中斷服務(wù)程序、外部中斷0的服務(wù)程序、停車(chē)處理等模塊組成。
我不是這方面的專(zhuān)家，只能這樣幫你，可能不能解決什么問(wèn)題，對不起。
