機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作(機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作的相關(guān)入門需要掌握怎樣的知識(shí)與技能等)

1.機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作的相關(guān)入門需要掌握怎樣的知識(shí)與技能等

你的問題實(shí)際上包括了兩方面：設(shè)計(jì)、制作。

制作相對(duì)于設(shè)計(jì)來講，要容易一些，因?yàn)榉略煲粋€(gè)機(jī)器人也可以說是制作。

所需要的知識(shí)大概如下（可參照工科專業(yè)大學(xué)課程規(guī)劃）：

結(jié)構(gòu)方面（機(jī)械專業(yè)相關(guān)）：機(jī)械原理（所需機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)原理），機(jī)械設(shè)計(jì)（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(jié)構(gòu)能設(shè)計(jì)出來，但是裝不起來），工程圖學(xué)（交給別人機(jī)加時(shí)，至少得會(huì)出二維圖），公差計(jì)算基礎(chǔ)（知道機(jī)加時(shí)哪些尺寸需要多高的精度），工程材料基礎(chǔ)（了解各種常見材料的特性，復(fù)合材料方面不需要多深入，了解一些常用的復(fù)合材料就行），加工工藝基礎(chǔ)（知道各種零件能如何加工出來，主要側(cè)重冷加工方面）。硬件電路方面（電子專業(yè)相關(guān)）：電路基本原理，模擬電路、數(shù)字電路基礎(chǔ)（會(huì)實(shí)現(xiàn)基本的控制電路：電源、邏輯電路等），檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)（知道常見傳感器的原理、指標(biāo)及使用方法）。軟件方面（計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)）：編程語言（C語言或一種匯編），操作系統(tǒng)基礎(chǔ)（有助于設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的軟件架構(gòu)，也有助于學(xué)習(xí)單片機(jī)、DSP等控制器），常用算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（有助于設(shè)計(jì)出合理、高效、有創(chuàng)意的機(jī)器人控制算法），計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（比如未來可以做多機(jī)器人通訊等），軟件工程（知道如何設(shè)計(jì)并維護(hù)軟件），數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)（用到攝像頭等傳感器時(shí)需要這方面知識(shí)）。控制方面（自動(dòng)控制專業(yè)相關(guān)）：電機(jī)學(xué)（知道如何控制電機(jī)（馬達(dá)）轉(zhuǎn)起來），自動(dòng)控制原理（讓電機(jī)按照你的期望速度和目標(biāo)位置轉(zhuǎn)動(dòng)起來，如經(jīng)典的PID算法），一些信號(hào)處理知識(shí)（比如用于濾波）。數(shù)學(xué)方面（工科專業(yè)相關(guān)） ：計(jì)算方法（一些用于實(shí)際計(jì)算時(shí)的算法），線性代數(shù)（或高等代數(shù)、矩陣論）用于未來需要計(jì)算多關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的必備工具。會(huì)計(jì)方面（商科專業(yè)相關(guān)）：成本分析、預(yù)算等概念，起碼需要知道做出這個(gè)機(jī)器人要花多少錢（一般機(jī)加要占大頭，畫電路板是其次，自己做的話，軟件開發(fā)的會(huì)計(jì)成本可以忽略）。具體到可能需要學(xué)習(xí)的技術(shù)方面，可以從以下幾方面涉獵：

結(jié)構(gòu)方面：學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)可靠的結(jié)構(gòu)）。硬件電路方面：會(huì)用一種電子設(shè)計(jì)工具（Protel、PowerPCB等），能畫原理圖，會(huì)畫PCB；一種電路仿真工具（EDA軟件：如Proteus），單片機(jī)（51、AVR、Freescale、ARM等）或CPLD/FPGA，你的驅(qū)動(dòng)程序、控制算法要在上邊實(shí)現(xiàn)。軟件方面：學(xué)會(huì)一種IDE（如Keil、ICC、Realview等），了解編輯、編譯、調(diào)試方法；學(xué)習(xí)一下uC/OS或其他RT OS的使用，如果要跑操作系統(tǒng)，可方便移植。經(jīng)典控制如果要設(shè)計(jì)出自己的機(jī)器人來，恐怕需要在一定“制造”的基礎(chǔ)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(jī)構(gòu)：學(xué)習(xí)更多機(jī)構(gòu)原理，積累更多機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；數(shù)字圖像處理：目標(biāo)檢測(cè)、圖像識(shí)別，立體視覺等；控制理論：濾波算法、系統(tǒng)辨識(shí)、自適應(yīng)控制、模糊控制等；仿生學(xué)：好多新穎的機(jī)器人都是建立在仿生學(xué)的基礎(chǔ)上的。此外，還可以關(guān)注國(guó)際機(jī)器人方面相關(guān)的論文（如中文的《機(jī)器人學(xué)》等）或會(huì)議（如ICRA、IROS等） ，跟蹤著名高校的機(jī)器人方面研究近況（如CMU、MIT等），相信一定會(huì)開闊眼界的。

2.設(shè)計(jì)制造工業(yè)機(jī)器人要學(xué)習(xí)那些知識(shí)

1、工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)械制圖與CAD繪圖、公差配合、電工電子基礎(chǔ)、鉗工工藝、電路原理、電氣控制技術(shù)與plc、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電機(jī)與電氣控制技術(shù)、夾具設(shè)計(jì)、機(jī)器人編程與操作、機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成，機(jī)器人工作站維護(hù)與保養(yǎng)。

2、工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工中心機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)械制圖與CAD繪圖、CAM、公差配合、金屬材料、電機(jī)與電氣控制技術(shù)、銑工工藝、工業(yè)機(jī)器人編程與操作、加工中心編程與操作、夾具設(shè)計(jì)、機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成，機(jī)器人工作站維護(hù)與保養(yǎng)。3、工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控車床技術(shù)機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)械制圖與CAD繪圖、公差配合、金屬材料、車工工藝、電氣控制技術(shù)、數(shù)控車床編程與操作、工業(yè)機(jī)器人編程與操作、機(jī)器人工作站基礎(chǔ)、夾具設(shè)計(jì)。

4、工業(yè)機(jī)器人與智能焊接技術(shù)機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)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(shí)氣體保護(hù)焊技術(shù)、智能焊接機(jī)器人技術(shù)、焊接機(jī)器人編程與操作、焊接機(jī)器人工作站基礎(chǔ)。

3.機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)

原發(fā)布者：WL課件庫(kù)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)1模塊二1機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)器人的基本屬于與圖形符號(hào)234機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)機(jī)器人的舉例分析機(jī)器人的工作原理與應(yīng)用技術(shù)單元提要本模塊主要介紹機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)器人的基本術(shù)語與各類圖形符號(hào)，機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)等，并介紹了幾種實(shí)際產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格和機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)完本模塊的內(nèi)容后，學(xué)生應(yīng)熟練掌握機(jī)器人的基本術(shù)語和各類圖形符號(hào)的含義；能夠讀懂并解釋機(jī)器人技術(shù)規(guī)格書的內(nèi)容，能夠熟練繪制出機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖和各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本問題，理解機(jī)器人的位置與變量的關(guān)系，了解運(yùn)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(jī)器人的位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。學(xué)習(xí)單元一機(jī)器人的基本術(shù)語與圖形符號(hào)一、機(jī)器人的基本術(shù)語1.關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)（joint）即運(yùn)動(dòng)副，是允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)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(biāo)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人一、機(jī)器人的基本術(shù)語高副（higherpair）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)稱高副，指的是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。例如，齒輪副和凸輪副就屬于高副機(jī)構(gòu)。平面高副機(jī)構(gòu)擁有兩個(gè)自由度，即相對(duì)接觸面切線方向的移動(dòng)和相對(duì)接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。相對(duì)而言，通過面的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副機(jī)構(gòu)。一、機(jī)器人的基本術(shù)語一

4.機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)

機(jī)器人家上了解到，對(duì)于工科領(lǐng)域來說，脫離實(shí)踐的學(xué)習(xí)都是膚淺的，對(duì)于控制這種強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)更是如此。

如果去問一個(gè)程序員怎么學(xué)習(xí)一塊技術(shù)，他必然讓你去多編程。機(jī)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(duì)于普通學(xué)生入門來說 一款合適的機(jī)器人平臺(tái) + 入門級(jí)的控制算法進(jìn)行試驗(yàn)。

同時(shí)深入地學(xué)習(xí)相應(yīng)地理論知識(shí)。對(duì)于一個(gè)有控制基礎(chǔ)，需要現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的工作者來說，啃一本諸如《現(xiàn)代控制工程》的書籍，在工作者演練，下面的平臺(tái)內(nèi)容直接略過。

關(guān)于平臺(tái)的選擇和相應(yīng)的學(xué)習(xí)教程，我放在最后，防止大圖分散了重點(diǎn)。 先結(jié)合機(jī)器人來說一下控制。

對(duì)于設(shè)計(jì)任何一個(gè)控制系統(tǒng)來說，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(jī)器人系統(tǒng)里，分別對(duì)應(yīng)的原件是： 輸入 --- 傳感器 （聲吶，紅外，攝像頭，陀螺儀，加速度計(jì)，羅盤） 控制元件 --- 電機(jī) 控制算法 --- 控制板 （小到單片機(jī)，大到微機(jī)） 輸出 --- 你的控制目標(biāo) （比如機(jī)器人的路徑跟蹤） 對(duì)這四方面都有了解之后，才能基本對(duì)機(jī)器人的控制有一個(gè)較為感性的認(rèn)識(shí)。

這是入門的基礎(chǔ)。如果你對(duì)輸入和輸出做一個(gè)測(cè)量，比如用電機(jī)將某個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速?gòu)?0加速到100，把這個(gè)測(cè)量勾畫出來，那么這一個(gè)響應(yīng)曲線。

如何將電機(jī)準(zhǔn)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。 上面所說的各個(gè)傳感器元件，都有廉價(jià)版可以購(gòu)買學(xué)習(xí)，但隨之引入的問題就是他們不精確，比如有噪聲。

消除這個(gè)噪聲，你就需要在你的控制系統(tǒng)中引入更多的控制單元來消除這個(gè)噪聲，比如加入濾波單元。 上面說這么多，只是想表達(dá)，理論和算法都是有應(yīng)用背景的，但同時(shí)，學(xué)習(xí)一些暫時(shí)無法應(yīng)用的算法也并不助于入門，甚至可能走偏門，覺得越復(fù)雜越好。

所有的工程應(yīng)用者都會(huì)說某某算法非常好，但是經(jīng)典還是PID。倘若不親手設(shè)計(jì)一個(gè)PID系統(tǒng)，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(xiàn)代控制理論，但是直到我設(shè)計(jì)一個(gè)四旋翼無人機(jī)的時(shí)候，才真正建立了我自己對(duì)機(jī)器人控制的理解。 推薦的那本《現(xiàn)代控制工程》是一本非常經(jīng)典的專業(yè)書籍，需要理論知識(shí)，再進(jìn)行詳細(xì)的學(xué)習(xí)。

我的建議是先玩，玩到需要時(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)這部分理論。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 推薦一些機(jī)器人平臺(tái)。

核心都涉及到運(yùn)動(dòng)控制。 基于arduino的機(jī)器人平臺(tái)是最大眾的平臺(tái)了，這是一個(gè)開源社區(qū)，很多關(guān)于機(jī)器人的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)和控制算法實(shí)現(xiàn)都能在google得到。

淘寶arduino機(jī)器人，包括arduino控制板和各類簡(jiǎn)易傳感器，幾百塊之內(nèi)錢都能得到。 Imperial College London的Robotics課程就是以Lego為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的，Andrew Davison的課件上所有的理論都可以用Lego實(shí)現(xiàn)Andrew Davison: Robotics Course。

如果這些都玩膩了，可以試試玩一個(gè)機(jī)器人飛行控制，比如四旋翼飛機(jī)。飛行器是六自由度控制，因此比小車要更加具有挑戰(zhàn)性，也需要更精確的控制系統(tǒng)。

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的開源飛控平臺(tái)，所有c代碼都可得，不多于一兩萬行。如果把這些都研究透了，相比已經(jīng)是專業(yè)水平了。

5.如果要設(shè)計(jì)機(jī)器人須要什么方面的知識(shí),資料,相關(guān)教程

1.用AutoCAD2000設(shè)計(jì)機(jī)器人 2.簡(jiǎn)易機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法 以AT89C51單片機(jī)作為智能機(jī)器人的檢測(cè)和控制核心。

采用紅外光電傳感器檢測(cè)路面黑線及障礙物，使用金屬傳感器檢測(cè)路面下金屬鐵片，應(yīng)用光電碼盤測(cè)距，用光敏電阻檢測(cè)、判斷車庫(kù)位置，利用PWM (Pulse-Width Modulation，脈寬調(diào)制)技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)智能機(jī)器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制和檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；傳感器；控制；模塊化設(shè)計(jì) 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機(jī)已經(jīng)可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器，甚至A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等電路，這就很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合起來，組成所謂的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。這促使機(jī)器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)完全可以設(shè)計(jì)并制造出具有某些特殊功能的簡(jiǎn)易智能機(jī)器人了。

1、設(shè)計(jì)思想與總體方案 1.1 簡(jiǎn)易智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想 本機(jī)器人能在任意區(qū)域內(nèi)沿引導(dǎo)線行走，自動(dòng)繞障，在有光源引導(dǎo)的條件下能沿光源行走。同時(shí)，能檢測(cè)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(chǔ)、顯示檢測(cè)到的金屬片數(shù)目以及各金屬片至起跑線間的距離，最后能停在指定地點(diǎn)，顯示出整個(gè)運(yùn)行過程的時(shí)間。

1.2 總體設(shè)計(jì)方案和框圖 本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測(cè)路面黑線及障礙物，使用金屬傳感器檢測(cè)路面下金屬鐵片，應(yīng)用光電碼盤測(cè)距，用光敏電阻檢測(cè)、判斷車庫(kù)位置，利用PWM技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。

通過軟件編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。我們通過對(duì)電路的優(yōu)化組合，最大限度的利用51單片機(jī)的全部資源。

P0口用于數(shù)碼管顯示，P1口用于電動(dòng)機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)控制，P2,P3口用于傳感器的數(shù)據(jù)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(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的成本。

2、系統(tǒng)的硬件組成及原理 此系統(tǒng)的硬件部分由單片機(jī)單元、傳感器單元、傳感器單元、電源單元、聲光報(bào)警單元、鍵盤輸入單元、電機(jī)控制單元和顯示單元組成， 2.1 單片機(jī)單元 本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。他的主要任務(wù)是掃描鍵盤輸入的信號(hào)啟動(dòng)機(jī)器人，在機(jī)器人行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，根據(jù)不同的情況產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖來控制電機(jī)，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元?jiǎng)討B(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。

其中，P0口用于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，P1.0~P1.5控制2個(gè)電機(jī)，P1.6,P1.7為獨(dú)立式鍵盤接口，P2口接傳感器，P3.2接計(jì)里程的光電碼盤，P3.7接聲光報(bào)警單元，P3.4,P3.5,P3.6接用于顯示金屬片數(shù)目的發(fā)光二極管。 2.2 電機(jī)控制單元 本機(jī)器人采用了雙電機(jī)雙輪驅(qū)動(dòng)的小車作為其底座。

他的2個(gè)電機(jī)分別獨(dú)立控制其左右兩邊的車輪，靠?jī)蛇呺姍C(jī)的轉(zhuǎn)速的不同來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，還可讓其原地轉(zhuǎn)彎，便于控制。而傳統(tǒng)的小車是靠動(dòng)力電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎角度難以控制，不便于使用。

電機(jī)控制電路采用大功率對(duì)管BD139,BD140組成的H型驅(qū)動(dòng)電路，通過單片機(jī)產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖，精確調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在晶體管的飽和或截止?fàn)顟B(tài)下，避免了在線性放大區(qū)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(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度和穩(wěn)定性也完全可以滿足需要，整套驅(qū)動(dòng)電路是一種被廣泛采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

電路如圖3所示。 2.3 傳感器單元 2.4 鍵盤輸入單元 鍵盤輸入單元采用獨(dú)立式鍵盤，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(dāng)機(jī)器人行走完全程后，按下該鍵，將顯示整個(gè)行走過程的時(shí)間。

2.5 顯示單元 顯示單元由2個(gè)7段數(shù)碼管組成，為了減少整個(gè)系統(tǒng)的功耗，采用了由單片機(jī)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(yùn)行過程的時(shí)間。 2.6 聲光報(bào)警單元 用555作振蕩源，用單片機(jī)觸發(fā)振蕩源驅(qū)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(bào)警單元。

2.7 電源單元 本系統(tǒng)采用2套電源分別對(duì)電機(jī)和控制電路進(jìn)行單獨(dú)供電。系統(tǒng)控制電路采用經(jīng)7805穩(wěn)壓后的輸出供電（5 V），電機(jī)則采用4節(jié)AA電池來供電。

3、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)配套的軟件程序采用模塊結(jié)構(gòu)，由C語言編寫完成。主要由初始化程序、偏道調(diào)整程序、偏離光源調(diào)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、停車處理等模塊組成。

我不是這方面的專家，只能這樣幫你，可能不能解決什么問題，對(duì)不起。