Cómo aprender robots sistemáticamente

Autor: Zheng Fan

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Fuente: Zhihu

Los derechos de autor pertenecen al autor , comuníquese con el autor para obtener autorización para la reimpresión.

Como estudiante de ingeniería en la escuela, solo respondo la pregunta sobre cómo aprender robótica por mi cuenta.

1. Introducción a los conocimientos básicos

Los materiales didácticos son similares y se recomiendan dos libros de uso común:

Clegg: Introducción a la robótica (Douban)

Cai Zixin: Robótica (Douban)

Para combinar los materiales didácticos, puede ver los cursos abiertos de la Universidad de Stanford: Cursos abiertos de la Universidad de Stanford: Robótica

El contenido anterior Puede ayudar a establecer la robótica en su mente. La imagen general y los conceptos básicos. Por supuesto, no hay necesidad de desesperarse, de hecho, basta con estudiar uno detenidamente. Por lo general, la discusión básica de la robótica se basa en el brazo robótico y hay varias cuestiones que deben comprenderse: la descripción espacial y la transformación de coordenadas del brazo robótico; la cinemática inversa del brazo robótico; la dinámica del brazo robótico; planificación de trayectorias; y el control del brazo robótico; otros como diseño mecánico, sensores, procesamiento de imágenes, etc.

Entre los contenidos básicos, creo que los conceptos más importantes que se deben dominar son:

①Descripción coordinada y transformación de la postura del cuerpo rígido: la base del modelo de robot e importante para la robótica. El carácter es como letras inglesas al inglés;

②Transformación de coordenadas D-H: un método importante de modelado de brazos robóticos, que describe un brazo robótico compuesto por una serie de cuerpos rígidos en un lenguaje matemático simple.

③ Matriz jacobiana: el núcleo de la cinemática del manipulador, utilizada para la conversión de la velocidad articular y la velocidad terminal;

④Dinámica lagrangiana: el puente entre la fuerza y ​​la aceleración de la velocidad.

La herramienta más importante: las matemáticas, especialmente el álgebra lineal.

2. Introducción práctica básica

Si no tienes experiencia práctica en ingeniería, no la habrás aprendido. Si cree que el contenido básico anterior es aburrido (en realidad es muy aburrido), no lo deje pasar para hacerlo más interesante.

En cuanto al software, puedes utilizar el versátil matlab. De hecho, hay una gran cantidad de ejercicios de matlab en la "Introducción a la robótica" de Clegg como referencia. Por supuesto, debo mencionar la caja de herramientas de robótica para matlab escrita por Peter Corke:/Robotics_Toolbox.html.

Después de instalar esta caja de herramientas, puede construir un modelo de robot a través del método D-H en Matlab, evitar las tediosas operaciones matriciales en la parte inferior y realizar algunos cálculos cinemáticos a través de funciones simples, pero las soluciones de cinemática inversa a menudo requieren Sin restricciones, después de todo, no afecta a la capa inferior. Puede explorar más detalles por su cuenta. Publica una foto del modelo que hice cuando comencé a trastear (tímido>.<):

En términos de hardware, el costo de los robots personales de bricolaje es muy alto y está posicionado para funciones científicas y educativas. El robot nao (este famoso y lindo producto se muestra en la imagen a continuación, ¿por qué publico esta imagen irrelevante porque es tan lindo)? se vende por cientos de miles por unidad.

Sin embargo, también es factible que grupos de estudiantes individuales hagan bricolaje con brazos robóticos relativamente simples. Simplemente compre algunos motores que cuesten decenas de dólares. Aunque la precisión es baja, estará bien si pueden girar. Compra algunos tableros de control. Si su circuito es lo suficientemente bueno, también puede diseñarlo usted mismo, dibujar el diagrama del circuito, enviarlo para su procesamiento y luego soldarlo usted mismo, pero siempre es más conveniente comprar una placa ya preparada. Para los jugadores jóvenes, el tablero de control puede elegir el microcontrolador más utilizado entre los estudiantes. Aquí recomiendo el proyecto de código abierto Arduino en el que he trabajado: Arduino - Página de inicio

(Imagen de la página de inicio del sitio web oficial de arduino)( Imagen de la página de inicio del sitio web oficial de arduino)

La ventaja de arduino es que la sintaxis de programación es simple. Siempre que puedas comprender el lenguaje C básico, es casi imposible comenzar con muchos editores; muestras como referencia; la plantilla de programación es muy versátil y, en muchos casos, la programación solo requiere simplemente cambiar la declaración en la plantilla para implementar la función de diseño como un proyecto de código abierto. Puede encontrar muchos proyectos interesantes de bricolaje realizados por expertos extranjeros en Google; , como: Mano robótica de bricolaje controlada por un guante y Arduino. Muchas personas que hacen bricolaje están dispuestas a hacerlo. El programa se hace público y también puede usarse como referencia, no es costoso;

Ya sea que estés comprando un motor o un tablero de control, puedes recurrir al Taobao multiuso. Unos cientos de yuanes son suficientes para construir un brazo robótico sencillo.

Publica una foto del brazo robótico con el que jugué usando una placa arduino y un motor simple:

Úselo para dibujar líneas en papel. Debido a la baja precisión, las líneas rectas. agitar así (Tímido>.<). Úselo para dibujar líneas en papel, pero debido a la baja precisión, las líneas rectas se mueven así (tímido>.<).

3. Avanzado

Avanzado no se puede hablar en Zhihu. En primer lugar, hay demasiadas direcciones después de aprender los conocimientos básicos, qué quiere hacer (brazo mecánico industrial, robot humanoide deportivo, etc.), qué parte quiere hacer (diseño mecánico, circuito, procesamiento de imágenes). , algoritmo de control, planificación de la marcha, etc.). Además, el coste es demasiado alto, ¿sabes? Finalmente, no hay necesidad de un robot avanzado de bricolaje. Una cosa es que el costo financiero es alto, pero aún más, el costo de tiempo y energía es alto. Si no te especializas en robótica, puedes jugar solo en las etapas 1 y 2. Si está interesado en participar en investigaciones o trabajos relacionados con la robótica, puede participar en proyectos de investigación relacionados en la universidad.