機器人設計與制作(機器人設計與制作的相關入門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入門需要掌握怎樣的知識與技能等

你的問題實際上包括了兩方面：設計、制作。

制作相對于設計來講，要容易一些，因為仿造一個機器人也可以說是制作。

所需要的知識大概如下（可參照工科專業(yè)大學課程規(guī)劃）：

結構方面（機械專業(yè)相關）：機械原理（所需機構的基本運動學、力學原理），機械設計（知道各種零件的用途、基本配合關系），基本裝配方法（好多結構能設計出來，但是裝不起來），工程圖學（交給別人機加時，至少得會出二維圖），公差計算基礎（知道機加時哪些尺寸需要多高的精度），工程材料基礎（了解各種常見材料的特性，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，主要側重冷加工方面）。硬件電路方面（電子專業(yè)相關）：電路基本原理，模擬電路、數字電路基礎（會實現基本的控制電路：電源、邏輯電路等），檢測技術基礎（知道常見傳感器的原理、指標及使用方法）。軟件方面（計算機專業(yè)相關）：編程語言（C語言或一種匯編），操作系統(tǒng)基礎（有助于設計較為復雜的軟件架構，也有助于學習單片機、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），計算機網絡基礎（比如未來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需要這方面知識）?？刂品矫妫ㄗ詣涌刂茖I(yè)相關）：電機學（知道如何控制電機（馬達）轉起來），自動控制原理（讓電機按照你的期望速度和目標位置轉動起來，如經典的PID算法），一些信號處理知識（比如用于濾波）。數學方面（工科專業(yè)相關） ：計算方法（一些用于實際計算時的算法），線性代數（或高等代數、矩陣論）用于未來需要計算多關節(jié)機器人的運動學、動力學的必備工具。會計方面（商科專業(yè)相關）：成本分析、預算等概念，起碼需要知道做出這個機器人要花多少錢（一般機加要占大頭，畫電路板是其次，自己做的話，軟件開發(fā)的會計成本可以忽略）。具體到可能需要學習的技術方面，可以從以下幾方面涉獵：

結構方面：學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（會幫助你設計可靠的結構）。硬件電路方面：會用一種電子設計工具（Protel、PowerPCB等），能畫原理圖，會畫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，你的驅動程序、控制算法要在上邊實現。軟件方面：學會一種IDE（如Keil、ICC、Realview等），了解編輯、編譯、調試方法；學習一下uC/OS或其他RT OS的使用，如果要跑操作系統(tǒng)，可方便移植。經典控制如果要設計出自己的機器人來，恐怕需要在一定“制造”的基礎之上有自己的靠譜想法，可以從多個學科深入下去，僅舉幾個例子：

機構：學習更多機構原理，積累更多機械設計經驗；數字圖像處理：目標檢測、圖像識別，立體視覺等；控制理論：濾波算法、系統(tǒng)辨識、自適應控制、模糊控制等；仿生學：好多新穎的機器人都是建立在仿生學的基礎上的。此外，還可以關注國際機器人方面相關的論文（如中文的《機器人學》等）或會議（如ICRA、IROS等） ，跟蹤著名高校的機器人方面研究近況（如CMU、MIT等），相信一定會開闊眼界的。

2.設計制造工業(yè)機器人要學習那些知識

1、工業(yè)機器人與自動化技術機械基礎、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、電氣控制技術與plc、單片機應用技術、電機與電氣控制技術、夾具設計、機器人編程與操作、機器人工作站系統(tǒng)集成，機器人工作站維護與保養(yǎng)。

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、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(tǒng)集成，機器人工作站維護與保養(yǎng)。3、工業(yè)機器人與數控車床技術機械基礎、機械制圖與CAD繪圖、公差配合、金屬材料、車工工藝、電氣控制技術、數控車床編程與操作、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 、埋弧焊技術、電工知識氣體保護焊技術、智能焊接機器人技術、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機器人的主要技術參數機器人的舉例分析機器人的工作原理與應用技術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語與各類圖形符號，機器人的主要技術參數等，并介紹了幾種實際產品的技術規(guī)格和機構簡圖。學習要求學習完本模塊的內容后，學生應熟練掌握機器人的基本術語和各類圖形符號的含義；能夠讀懂并解釋機器人技術規(guī)格書的內容，能夠熟練繪制出機器人機構簡圖和各種機械結構的運動簡圖；掌握運動學和動力學的基本問題，理解機器人的位置與變量的關系，了解運動學、靜力學和動力學的一般表示方法，能用上述所學解釋機器人的位置、姿態(tài)和運動的關系。學習單元一機器人的基本術語與圖形符號一、機器人的基本術語1.關節(jié)關節(jié)（joint）即運動副，是允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構，是兩構件直接接觸并能產生相對運動的活動連接，如圖2-1所示。A、B兩部件可以做互動連接。圖1-13不同坐標結構的機器人一、機器人的基本術語高副（higherpair）機構簡稱高副，指的是運動機構的兩構件通過點或線的接觸而構成的運動副。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自由度，即相對接觸面切線方向的移動和相對接觸點的轉動。相對而言，通過面的接觸而構成的運動副稱為低副機構。一、機器人的基本術語一

4.機器人基礎知識

機器人家上了解到，對于工科領域來說，脫離實踐的學習都是膚淺的，對于控制這種強調經驗的技術更是如此。

如果去問一個程序員怎么學習一塊技術，他必然讓你去多編程。機器人領域也是。

如果想把基本功打扎實，那么實踐更是必不可少了。 對于普通學生入門來說 一款合適的機器人平臺 + 入門級的控制算法進行試驗。

同時深入地學習相應地理論知識。對于一個有控制基礎，需要現學現用的工作者來說，啃一本諸如《現代控制工程》的書籍，在工作者演練，下面的平臺內容直接略過。

關于平臺的選擇和相應的學習教程，我放在最后，防止大圖分散了重點。 先結合機器人來說一下控制。

對于設計任何一個控制系統(tǒng)來說，需要了解自己的輸入、輸出、控制元件，和算法。在一個簡易的機器人系統(tǒng)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） 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較為感性的認識。

這是入門的基礎。如果你對輸入和輸出做一個測量，比如用電機將某個輪子的轉速從10加速到100，把這個測量勾畫出來，那么這一個響應曲線。

如何將電機準確快速地從10加速到100，這就需要一個簡易的反饋控制器。 上面所說的各個傳感器元件，都有廉價版可以購買學習，但隨之引入的問題就是他們不精確，比如有噪聲。

消除這個噪聲，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噪聲，比如加入濾波單元。 上面說這么多，只是想表達，理論和算法都是有應用背景的，但同時，學習一些暫時無法應用的算法也并不助于入門，甚至可能走偏門，覺得越復雜越好。

所有的工程應用者都會說某某算法非常好，但是經典還是PID。倘若不親手設計一個PID系統(tǒng)，恐怕真的領略不到它的魅力。

我大學本科的控制課程包含了自動控制理論和現代控制理論，但是直到我設計一個四旋翼無人機的時候，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》是一本非常經典的專業(yè)書籍，需要理論知識，再進行詳細的學習。

我的建議是先玩，玩到需要時，認真學習這部分理論。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 推薦一些機器人平臺。

核心都涉及到運動控制。 基于arduino的機器人平臺是最大眾的平臺了，這是一個開源社區(qū)，很多關于機器人的簡易設計和控制算法實現都能在google得到。

淘寶arduino機器人，包括arduino控制板和各類簡易傳感器，幾百塊之內錢都能得到。 Imperial College London的Robotics課程就是以Lego為實驗平臺的，Andrew Davison的課件上所有的理論都可以用Lego實現Andrew Davison: Robotics Course。

如果這些都玩膩了，可以試試玩一個機器人飛行控制，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四旋翼DIY，基于arduino MultiWii的。依舊淘寶四旋翼飛行器。

MultiWii是一個基于arduino的開源飛控平臺，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，相比已經是專業(yè)水平了。

5.如果要設計機器人須要什么方面的知識,資料,相關教程

1.用AutoCAD2000設計機器人 2.簡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，應用光電碼盤測距，用光敏電阻檢測、判斷車庫位置，利用PWM (Pulse-Width Modulation，脈寬調制)技術動態(tài)控制電動機的轉動方向和轉速。通過軟件編程實現對智能機器人行進、繞障、停止的精確控制和檢測數據的存儲、顯示。

關鍵詞：智能機器人；傳感器；控制；模塊化設計 隨著微電子技術的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機已經可以在一塊芯片上同時集成CPU、存儲器、定時器/計數器、并行和串行接口、看門狗、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與測量控制技術結合起來，組成所謂的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這促使機器人技術也有了突飛猛進的發(fā)展，現在人們已經完全可以設計并制造出具有某些特殊功能的簡易智能機器人了。

1、設計思想與總體方案 1.1 簡易智能機器人的設計思想 本機器人能在任意區(qū)域內沿引導線行走，自動繞障，在有光源引導的條件下能沿光源行走。同時，能檢測埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實時存儲、顯示檢測到的金屬片數目以及各金屬片至起跑線間的距離，最后能停在指定地點，顯示出整個運行過程的時間。

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，應用光電碼盤測距，用光敏電阻檢測、判斷車庫位置，利用PWM技術動態(tài)控制電動機的轉動方向和轉速。

通過軟件編程實現機器人行進、繞障、停止的精確控制以及檢測數據的存儲、顯示。我們通過對電路的優(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口用于電動機的PWM驅動控制，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(tǒng)的硬件組成及原理 此系統(tǒng)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(tǒng)采用AT89C51單片機作為中央處理器。他的主要任務是掃描鍵盤輸入的信號啟動機器人，在機器人行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數據，將得到的數據進行處理后，根據不同的情況產生占空比不同的PWM脈沖來控制電機，同時將相關數據送顯示單元動態(tài)顯示，產生聲光報警信號。

其中，P0口用于數碼管動態(tài)顯示，P1.0~P1.5控制2個電機，P1.6,P1.7為獨立式鍵盤接口，P2口接傳感器，P3.2接計里程的光電碼盤，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的小車作為其底座。

他的2個電機分別獨立控制其左右兩邊的車輪，靠兩邊電機的轉速的不同來實現轉彎功能，還可讓其原地轉彎，便于控制。而傳統(tǒng)的小車是靠動力電機和轉向電機驅動，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型驅動電路，通過單片機產生占空比不同的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，避免了在線性放大區(qū)工作時晶體管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型電路保證了可以簡單地實現電機轉速和方向的控制；電子開關的速度和穩(wěn)定性也完全可以滿足需要，整套驅動電路是一種被廣泛采用的電機驅動技術。

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立式鍵盤，由2個按鍵組成，其中一個為啟動鍵，另一個為顯示切換鍵，當機器人行走完全程后，按下該鍵，將顯示整個行走過程的時間。

2.5 顯示單元 顯示單元由2個7段數碼管組成，為了減少整個系統(tǒng)的功耗，采用了由單片機軟件譯碼，動態(tài)顯示，實時顯示每個金屬片到起點的距離以及整個運行過程的時間。 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(tǒng)采用2套電源分別對電機和控制電路進行單獨供電。系統(tǒng)控制電路采用經7805穩(wěn)壓后的輸出供電（5 V），電機則采用4節(jié)AA電池來供電。

3、系統(tǒng)的軟件設計 該系統(tǒng)配套的軟件程序采用模塊結構，由C語言編寫完成。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、定時器0的中斷服務程序、定時器1的中斷服務程序、外部中斷0的服務程序、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，對不起。