机器人开发中的一点体会

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,#,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/CMU,1,2,4,3,5,6,8,7,1,2,4,3,5,6,8,7,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,。,。,1,2,3,5,4,6,1,2,3,5,4,6,1,2,3,5,4,6,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。,QuadlatorII,TITANVIII,铁犬I,AIBO,4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,1,2,4,3,1,2,4,3,1,2,4,3,1,2,4,3,起始姿,态,态,Phase 1,Phase2,Phase3,1,2,4,3,Phase3,Crawl 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,1,2,4,3,1,2,4,3,1,2,4,3,1,2,4,3,Trot,Pace,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,-,-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 AltoPlayBot,MuradaM-TRAN II,GroupRobot,HiroseLab.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，,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,1,2,3,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,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,AutodeskInventor,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，比,赛,赛中的,博,博弈,神经元,网,网络与,遗,遗传算,法,法，本,质,质：解,非,非线性,方,方程,其他部,分,分,安全第,一,一,设计中,的,的问题,电气上,的,的问题,电源问,题,题,电机问,题,题,调试问,题,题,设计问,题,题,电气问,题,题,电气隔,离,离与干,扰,扰,电源功,率,率与电,池,池,DC-DC和稳压,刹车和,安,安全释,放,放,一些资,源,源,THEEND,Thanks,!,!,