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1、Click to edit Master title styleClick to edit Master subtitle style*机器人开发中的一点体会1机器人开发中的一点体会n刘新宇 2006年4月目录n概要n分类n前期考虑n机械部分n基本功能和基本原理n机构设计和机械要素n电控部分n基本架构n硬件部分n软件部分n人工智能n选择与引入n其他部分n调试与改进n各种资源机器人开发中的一点体会概要分类n轮式机器人n智能车，月球车n仿生机器人n昆虫仿生类多足及6足n复杂仿生类n爬行和哺乳仿生类4足n机器蛇n仿人n其他n智能机构，机器手，群机器人机器人开发中的一点体会轮式n轮式机器人是机械上最简
2、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机器人开发中的一点体会轮式n竞赛、救险、探测、娱乐n越野能力，速度能力、自我恢复能力、通讯能力、群协调能力机器人开发中的一点体会仿生机器人昆虫类n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。Dante II NASA/CMU1243568712435687前进方向机器人开发中的一点体会6足昆虫类n近年来以小型和微型居多，主要模仿蟑螂等昆虫。123546123546123546前进方向机器人开发中的一点
3、体会复杂仿生类4足爬行和哺乳动物仿生n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。Quadlator IITITAN VIII铁犬 IAIBO机器人开发中的一点体会4足奔跑的研究难点n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Phase 1Phase 2Phase 31243Phase 3Crawl gait phases机器人开发中的一点体会目前尚未成功解决的2个步态nTrot和Pacen静态：不稳定的重心n动态：仅仅使用重心不能确定动态稳定性1243124312431243Trot
4、Pace机器人开发中的一点体会机器蛇n机器蛇的基本原理突破很早，在1972年。n平面机器蛇的性能已经接近真实水平。n运动速度尚未取得突破进展。n3维空间的复杂运动有待继续研究机器人开发中的一点体会基本原理和衍生3维蛇ACM-R3主动履带忍者CMU的多态多关节主动履带苍龙机器人开发中的一点体会仿人n难度最大的仿生机器人n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n智能要求高：识别，决策，处理各种信息n实现：多自由度，多传感器，高性能处理，实时控制机器人开发中的一点体会仿人机器人的爱好者尝试机器人开发中的一点体会二足运动简单原理nZMP是一种简化模型(Zero
5、moment point)n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n简单例子：鸽子等家禽机器人开发中的一点体会智能机构，机器手，群机器人Palo Alto Play BotMurada M-TRAN IIGroup RobotHirose Lab. Hyperion机器人开发中的一点体会前期考虑n发起一个项目时的考虑n选择种类：重新研发？利用平台？n选择方案：大型，小型?验证性？n选择偏重：偏重机械，机构，电子，设备，算法等等n考虑风险：资金，技术，竞争者，人员n考虑发展：深层次发展？宽领域发展？机器人开发中的一点体会机械部分n电类专业的弱项补课n
6、机器人中的关键因素n好的机构胜过昂贵的电子设备和复杂的软件n基本功能和基本原理n机构设计和机械要素机器人开发中的一点体会数学与物理建模基本数学原理和物理原理n线性代数n偏微分方程抬腿落下机器人开发中的一点体会为什么需要空间仿射变换n仅仅一个抬腿动作，就需要三个关节配合转动复杂的角度。n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n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n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123 运动学方程动力学方程非线性多变量稳定性机器人开发中
7、的一点体会机构设计和机械要素n为什么要进行机构设计？n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n良好的机构可以节省经费，降低电机性能需求，简化程序。对对目前竞赛竞赛 中“舵机决定成败败”的反思机器人开发中的一点体会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器人开发中的一点体会机械要素n机构：连杆机构，曲柄机构，齿轮机构，一些著名机构（汽车后轮）n减速装置：齿轮，同步带，wire，n减速箱：普通减速箱，行星减速箱，CVTn电机
8、：直流，交流，servo，步进n传感器：光电码盘，多圈电位器，霍尔，测速发电机机器人开发中的一点体会CAD和辅助设计n3D CAD，Pro/E, Autodesk Inventorn理解加工工艺，板金加工，切削加工，手工加工，数控机床n理解机械要素，基本零部件n应力设计，材料选择机器人开发中的一点体会电控部分n根据需要选择合适的方案n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+PCn简单胜过复杂n例子T.I.Tech wire机器人开发中的一点体会嵌入式系统的一个构架例子机器人开发中的一点体会硬件n输出：控制部分+DA+功率放大(PWM等)n反馈：n编码器
9、+DIOn电位器+AD机器人开发中的一点体会底层数据通信nIO口不够的问题扩口n利用串行通讯协议：I2C，485，自制协议机器人开发中的一点体会软件部分n根据需要设计软件架构n简单，稳定，朴素，例子：多线程n一些实用的选择：RT-Linux单片机，旧版本DOS，和Linux机器人开发中的一点体会一些基本概念n用户空间和内核空间n内核线程和驱动程序n通信手段:FIFOn控制算法的实现n高层算法：运动学方程，动力学方程n底层算法：PID控制机器人开发中的一点体会人工智能n是否需要引入人工智能？“人工智能”还是“人工”智能？n一些例子：巡线，走迷宫，对抗策略（足球赛，摔跤赛）n计算量与最优的平衡n传
10、统的人工智能和现代的人工智能n深度优先走迷宫，比赛中的博弈n神经元网络与遗传算法，本质：解非线性方程机器人开发中的一点体会其他部分n安全第一n设计中的问题n电气上的问题n电源问题n电机问题n调试问题机器人开发中的一点体会设计问题机器人开发中的一点体会电气问题n电气隔离与干扰n电源功率与电池nDC-DC和稳压n刹车和安全释放机器人开发中的一点体会一些资源n国际资源n欧美n日本n国内资源n高校n研究所n民间论坛nUsenetn采购与DIYn资源回收n模型与玩具n专业组件机器人开发中的一点体会Click to edit Master title styleClick to edit Master subtitle style*机器人开发中的一点体会36THE ENDnThanks!
