机器人开发中的一点体会

1、机器人开发中的一点体会刘新宇 2006年4月目录概要分类前期考虑虑机械部分分基本功能能和基本本原理机构设计计和机械械要素电控部分分基本架构构硬件部分分软件部分分人工智能能选择与引引入其他部分分调试与改改进各种资源源概要分分类轮式机器器人智能车，月球车车仿生机器器人昆虫仿生生类多多足及6足复杂仿生生类爬行和哺哺乳仿生生类4足机器蛇仿人其他智能机构构，机器器手，群群机器人人轮式轮式机器器人是机机械上最最简化的的一种机机器人，研究者者和使用用者的重重点放在在人工智智能和传传感器技技术上轮式竞赛、救救险、探探测、娱娱乐越野能力力，速度度能力、自我恢恢复能力力、通讯讯能力、群协调调能力仿生机器器人昆昆虫

2、类仿昆虫类类机器人人，是机机械结构构上非常常简单的的一种，以6足和多足足常见。8足以上大大中型机机器人，早期用于于火山探探测等应用，由于自自由度太太多，费费用高，可以为为轮式和6足，4足替代，近20年非常少少见。DanteIINASA/CMU1243568712435687前进方向向6足昆虫类类近年来以以小型和和微型居居多，主主要模仿仿蟑螂等等昆虫。123546123546123546前进方向向复杂仿生生类4足爬行和和哺乳动动物仿生生复杂仿生生动物机机器人的的研究，目前主主要集中中在4足机器人人上，研研究难点点在于突突破爬行行，向跑跑动前进进。QuadlatorIITITANVIII铁犬IAI

3、BO4足奔跑的的研究难难点爬行类(乌龟，鳄鳄鱼，普普通哺乳乳动物低低速步行行)的步态(gait)容易实现现1243124312431243起始姿态态Phase 1Phase2Phase31243Phase3Crawl gaitphases目前尚未未成功解解决的2个步态Trot和Pace静态：不不稳定的的重心动态：仅仅仅使用用重心不不能确定定动态稳稳定性1243124312431243TrotPace机器蛇机器蛇的的基本原原理突破破很早，在1972年。平面机器器蛇的性性能已经经接近真真实水平平。运动速度度尚未取取得突破破进展。3维空间的的复杂运运动有待待继续研研究基本原理理和衍生生3维蛇ACM-

4、R3主动履带带忍者者CMU的多态多多关节主动履带带苍龙龙仿人难度最大大的仿生生机器人人运动学：2足运动的的难度，机器手手的复杂杂作业，全身协协调动作作：坐下下，起立立，摔倒倒后站起起智能要求求高：识识别，决决策，处处理各种种信息实现：多多自由度度，多传传感器，高性能能处理，实时控控制仿人机器器人的爱爱好者尝尝试二足运动动简单原原理ZMP是一种简简化模型型(Zeromomentpoint)只要机器器人重心心位置的的重力和和由于运运动加速速度产生生的作用用力合力力，落在在支撑面面（脚掌掌）内部部即可简单例子子：鸽子子等家禽禽智能机构构，机器器手，群群机器人人Palo AltoPlayBotMura

5、daM-TRAN IIGroupRobotHiroseLab.Hyperion前期考虑虑发起一个个项目时时的考虑虑选择种类类：重新新研发？利用平平台？选择方案案：大型型，小型型?验证性？选择偏重重：偏重重机械，机构，电子，设备，算法等等等考虑风险险：资金金，技术术，竞争争者，人人员考虑发展展：深层层次发展展？宽领领域发展展？机械部分分电类专业业的弱项项补课机器人中中的关键键因素好的机构构胜过昂昂贵的电电子设备备和复杂杂的软件件基本功能能和基本本原理机构设计计和机械械要素数学与物物理建模模基本本数学原原理和物物理原理理线性代数数偏微分方方程抬腿落下为什么需需要空间间仿射变变换仅仅一个个抬腿动动作

6、，就就需要三三个关节节配合转转动复杂杂的角度度。如果要求求足尖端端按照一一定的曲曲线运动动，三关关节角度度的变化化将更加加复杂只有知道道了足尖尖的运动动方程，才能进进一步根根据机器器人的重重量计算算出各个个关节分分担的力力矩，从从而通过过控制各各个电机机的功率率进行输输出更复杂的的例子：3条支撑腿腿的9个关节角角度进行行复杂的的变化，使得身身体的重重心平稳稳向前移移动123 运动学方方程动力学方方程非线性多变量稳定性机构设计计和机械械要素为什么要要进行机机构设计计？未经思考考的机构构需要：高级的的电机，大量的的经费，高性能能的电子子设备，复杂的的程序良好的机机构可以以节省经费费，降低低电机性能

7、能需求，简化程序序。对目前竞竞赛中“舵机机决定成成败”的的反思良好机构构的例子子只有3DOF的四足步步行机器器人只有7DOF的二足步步行机器器人机器蛇ACM-R3的机构，普通舵机完成成了不可可能的任任务减少自由由度减少电机机减小重量量简化设计计降低经费费普通器件件更长时间间机械要素素机构：连连杆机构构，曲柄柄机构，齿轮机机构，一一些著名名机构（汽车后后轮）减速装置置：齿轮轮，同步步带，wire，减速箱：普通减减速箱，行星减减速箱，CVT电机：直直流，交交流，servo，步进传感器：光电码码盘，多多圈电位位器，霍霍尔，测测速发电电机CAD和辅助设设计3DCAD，Pro/E,AutodeskInv

8、entor理解加工工工艺，板金加加工，切切削加工工，手工工加工，数控机机床理解机械械要素，基本零零部件应力设计计，材料料选择电控部分分根据需要要选择合合适的方方案逻辑电路路简单单片片机多单片机机单片机通通讯+PC嵌入式系系统嵌入式系系统+单片机嵌入式系系统+PC简单胜过过复杂例子T.I.Techwire嵌入式系系统的一一个构架架例子硬件输出：控控制部分分+DA+功率放大大(PWM等)反馈：编码器+DIO电位器+AD底层数据据通信IO口不够的的问题扩口利用串行行通讯协协议：I2C，485，自制协协议软件部分分根据需要要设计软软件架构构简单，稳稳定，朴朴素，例例子：多多线程一些实用用的选择择：RT-Linux单片机，旧版本本DOS，和Linux一些基本本概念用户空间间和内核核空间内核线程程和驱动动程序通信手段段:FIFO控制算法法的实现现高层算法法：运动动学方程程，动力力学方程程底层算法法：PID控制人工智能能是否需要要引入人人工智能能？“人人工智能能”还是是“人工工”智能能？一些例子子：巡线线，走迷迷宫，对对抗策略略（足球球赛，摔摔跤赛）计算量与与最优的的平衡传统的人人工智能能和现代代的人工工智能深度优先先走迷宫宫