机器人设计与制作(机器人设计与制作的相关入门需要掌握怎样的知识与技能等)

1.机器人设计与制作的相关入门需要掌握怎样的知识与技能等

你的问题实际上包括了两方面：设计、制作。

制作相对于设计来讲，要容易一些，因为仿造一个机器人也可以说是制作。

所需要的知识大概如下（可参照工科专业大学课程规划）：

结构方面（机械专业相关）：机械原理（所需机构的基本运动学、力学原理），机械设计（知道各种零件的用途、基本配合关系），基本装配方法（好多结构能设计出来，但是装不起来），工程图学（交给别人机加时，至少得会出二维图），公差计算基础（知道机加时哪些尺寸需要多高的精度），工程材料基础（了解各种常见材料的特性，复合材料方面不需要多深入，了解一些常用的复合材料就行），加工工艺基础（知道各种零件能如何加工出来，主要侧重冷加工方面）。硬件电路方面（电子专业相关）：电路基本原理，模拟电路、数字电路基础（会实现基本的控制电路：电源、逻辑电路等），检测技术基础（知道常见传感器的原理、指标及使用方法）。软件方面（计算机专业相关）：编程语言（C语言或一种汇编），操作系统基础（有助于设计较为复杂的软件架构，也有助于学习单片机、DSP等控制器），常用算法与数据结构（有助于设计出合理、高效、有创意的机器人控制算法），计算机网络基础（比如未来可以做多机器人通讯等），软件工程（知道如何设计并维护软件），数字图像处理基础（用到摄像头等传感器时需要这方面知识）。控制方面（自动控制专业相关）：电机学（知道如何控制电机（马达）转起来），自动控制原理（让电机按照你的期望速度和目标位置转动起来，如经典的PID算法），一些信号处理知识（比如用于滤波）。数学方面（工科专业相关） ：计算方法（一些用于实际计算时的算法），线性代数（或高等代数、矩阵论）用于未来需要计算多关节机器人的运动学、动力学的必备工具。会计方面（商科专业相关）：成本分析、预算等概念，起码需要知道做出这个机器人要花多少钱（一般机加要占大头，画电路板是其次，自己做的话，软件开发的会计成本可以忽略）。具体到可能需要学习的技术方面，可以从以下几方面涉猎：

结构方面：学习一种三维建模工具（SolidWorks或Pro E、UG等），能出二维图；能做一些有限元分析就更好了（会帮助你设计可靠的结构）。硬件电路方面：会用一种电子设计工具（Protel、PowerPCB等），能画原理图，会画PCB；一种电路仿真工具（EDA软件：如Proteus），单片机（51、AVR、Freescale、ARM等）或CPLD/FPGA，你的驱动程序、控制算法要在上边实现。软件方面：学会一种IDE（如Keil、ICC、Realview等），了解编辑、编译、调试方法；学习一下uC/OS或其他RT OS的使用，如果要跑操作系统，可方便移植。经典控制如果要设计出自己的机器人来，恐怕需要在一定“制造”的基础之上有自己的靠谱想法，可以从多个学科深入下去，仅举几个例子：

机构：学习更多机构原理，积累更多机械设计经验；数字图像处理：目标检测、图像识别，立体视觉等；控制理论：滤波算法、系统辨识、自适应控制、模糊控制等；仿生学：好多新颖的机器人都是建立在仿生学的基础上的。此外，还可以关注国际机器人方面相关的论文（如中文的《机器人学》等）或会议（如ICRA、IROS等） ，跟踪著名高校的机器人方面研究近况（如CMU、MIT等），相信一定会开阔眼界的。

2.设计制造工业机器人要学习那些知识

1、工业机器人与自动化技术机械基础、机械制图与CAD绘图、公差配合、电工电子基础、钳工工艺、电路原理、电气控制技术与plc、单片机应用技术、电机与电气控制技术、夹具设计、机器人编程与操作、机器人工作站系统集成，机器人工作站维护与保养。

2、工业机器人与数控加工中心机械基础、机械制图与CAD绘图、CAM、公差配合、金属材料、电机与电气控制技术、铣工工艺、工业机器人编程与操作、加工中心编程与操作、夹具设计、机器人工作站系统集成，机器人工作站维护与保养。3、工业机器人与数控车床技术机械基础、机械制图与CAD绘图、公差配合、金属材料、车工工艺、电气控制技术、数控车床编程与操作、工业机器人编程与操作、机器人工作站基础、夹具设计。

4、工业机器人与智能焊接技术机械基础、机械制图与CAD绘图、金属材料、焊接工艺、焊条电弧焊技术 、埋弧焊技术、电工知识气体保护焊技术、智能焊接机器人技术、焊接机器人编程与操作、焊接机器人工作站基础。

3.机器人基础知识

原发布者：WL课件库

工业机器人应用技术1模块二1机器人的基础知识机器人的基本属于与图形符号234机器人的主要技术参数机器人的举例分析机器人的工作原理与应用技术单元提要本模块主要介绍机器人的基础知识，包括机器人的基本术语与各类图形符号，机器人的主要技术参数等，并介绍了几种实际产品的技术规格和机构简图。学习要求学习完本模块的内容后，学生应熟练掌握机器人的基本术语和各类图形符号的含义；能够读懂并解释机器人技术规格书的内容，能够熟练绘制出机器人机构简图和各种机械结构的运动简图；掌握运动学和动力学的基本问题，理解机器人的位置与变量的关系，了解运动学、静力学和动力学的一般表示方法，能用上述所学解释机器人的位置、姿态和运动的关系。学习单元一机器人的基本术语与图形符号一、机器人的基本术语1.关节关节（joint）即运动副，是允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构，是两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接，如图2-1所示。A、B两部件可以做互动连接。图1-13不同坐标结构的机器人一、机器人的基本术语高副（higherpair）机构简称高副，指的是运动机构的两构件通过点或线的接触而构成的运动副。例如，齿轮副和凸轮副就属于高副机构。平面高副机构拥有两个自由度，即相对接触面切线方向的移动和相对接触点的转动。相对而言，通过面的接触而构成的运动副称为低副机构。一、机器人的基本术语一

4.机器人基础知识

机器人家上了解到，对于工科领域来说，脱离实践的学习都是肤浅的，对于控制这种强调经验的技术更是如此。

如果去问一个程序员怎么学习一块技术，他必然让你去多编程。机器人领域也是。

如果想把基本功打扎实，那么实践更是必不可少了。 对于普通学生入门来说 一款合适的机器人平台 + 入门级的控制算法进行试验。

同时深入地学习相应地理论知识。对于一个有控制基础，需要现学现用的工作者来说，啃一本诸如《现代控制工程》的书籍，在工作者演练，下面的平台内容直接略过。

关于平台的选择和相应的学习教程，我放在最后，防止大图分散了重点。 先结合机器人来说一下控制。

对于设计任何一个控制系统来说，需要了解自己的输入、输出、控制元件，和算法。在一个简易的机器人系统里，分别对应的原件是： 输入 --- 传感器 （声呐，红外，摄像头，陀螺仪，加速度计，罗盘） 控制元件 --- 电机 控制算法 --- 控制板 （小到单片机，大到微机） 输出 --- 你的控制目标 （比如机器人的路径跟踪） 对这四方面都有了解之后，才能基本对机器人的控制有一个较为感性的认识。

这是入门的基础。如果你对输入和输出做一个测量，比如用电机将某个轮子的转速从10加速到100，把这个测量勾画出来，那么这一个响应曲线。

如何将电机准确快速地从10加速到100，这就需要一个简易的反馈控制器。 上面所说的各个传感器元件，都有廉价版可以购买学习，但随之引入的问题就是他们不精确，比如有噪声。

消除这个噪声，你就需要在你的控制系统中引入更多的控制单元来消除这个噪声，比如加入滤波单元。 上面说这么多，只是想表达，理论和算法都是有应用背景的，但同时，学习一些暂时无法应用的算法也并不助于入门，甚至可能走偏门，觉得越复杂越好。

所有的工程应用者都会说某某算法非常好，但是经典还是PID。倘若不亲手设计一个PID系统，恐怕真的领略不到它的魅力。

我大学本科的控制课程包含了自动控制理论和现代控制理论，但是直到我设计一个四旋翼无人机的时候，才真正建立了我自己对机器人控制的理解。 推荐的那本《现代控制工程》是一本非常经典的专业书籍，需要理论知识，再进行详细的学习。

我的建议是先玩，玩到需要时，认真学习这部分理论。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 推荐一些机器人平台。

核心都涉及到运动控制。 基于arduino的机器人平台是最大众的平台了，这是一个开源社区，很多关于机器人的简易设计和控制算法实现都能在google得到。

淘宝arduino机器人，包括arduino控制板和各类简易传感器，几百块之内钱都能得到。 Imperial College London的Robotics课程就是以Lego为实验平台的，Andrew Davison的课件上所有的理论都可以用Lego实现Andrew Davison: Robotics Course。

如果这些都玩腻了，可以试试玩一个机器人飞行控制，比如四旋翼飞机。飞行器是六自由度控制，因此比小车要更加具有挑战性，也需要更精确的控制系统。

下面这是我以前的一个四旋翼DIY，基于arduino MultiWii的。依旧淘宝四旋翼飞行器。

MultiWii是一个基于arduino的开源飞控平台，所有c代码都可得，不多于一两万行。如果把这些都研究透了，相比已经是专业水平了。

5.如果要设计机器人须要什么方面的知识,资料,相关教程

1.用AutoCAD2000设计机器人 2.简易机器人的设计方法 以AT89C51单片机作为智能机器人的检测和控制核心。

采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测路面下金属铁片，应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用PWM (Pulse-Width Modulation，脉宽调制)技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现对智能机器人行进、绕障、停止的精确控制和检测数据的存储、显示。

关键词：智能机器人；传感器；控制；模块化设计 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器，甚至A/D、D/A转换器等电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合起来，组成所谓的“智能化测量控制系统”。这促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，现在人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人了。

1、设计思想与总体方案 1.1 简易智能机器人的设计思想 本机器人能在任意区域内沿引导线行走，自动绕障，在有光源引导的条件下能沿光源行走。同时，能检测埋在地下的金属片，发出声光指示信息，并能实时存储、显示检测到的金属片数目以及各金属片至起跑线间的距离，最后能停在指定地点，显示出整个运行过程的时间。

1.2 总体设计方案和框图 本设计以AT89C51单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测路面下金属铁片，应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用PWM技术动态控制电动机的转动方向和转速。

通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。我们通过对电路的优化组合，最大限度的利用51单片机的全部资源。

P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2,P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点很明显：充分地利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。

2、系统的硬件组成及原理 此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成， 2.1 单片机单元 本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。他的主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。

其中，P0口用于数码管动态显示，P1.0~P1.5控制2个电机，P1.6,P1.7为独立式键盘接口，P2口接传感器，P3.2接计里程的光电码盘，P3.7接声光报警单元，P3.4,P3.5,P3.6接用于显示金属片数目的发光二极管。 2.2 电机控制单元 本机器人采用了双电机双轮驱动的小车作为其底座。

他的2个电机分别独立控制其左右两边的车轮，靠两边电机的转速的不同来实现转弯功能，还可让其原地转弯，便于控制。而传统的小车是靠动力电机和转向电机驱动，转弯角度难以控制，不便于使用。

电机控制电路采用大功率对管BD139,BD140组成的H型驱动电路，通过单片机产生占空比不同的PWM脉冲，精确调整电机的转速。这种电路由于工作在晶体管的饱和或截止状态下，避免了在线性放大区工作时晶体管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型电路保证了可以简单地实现电机转速和方向的控制；电子开关的速度和稳定性也完全可以满足需要，整套驱动电路是一种被广泛采用的电机驱动技术。

电路如图3所示。 2.3 传感器单元 2.4 键盘输入单元 键盘输入单元采用独立式键盘，由2个按键组成，其中一个为启动键，另一个为显示切换键，当机器人行走完全程后，按下该键，将显示整个行走过程的时间。

2.5 显示单元 显示单元由2个7段数码管组成，为了减少整个系统的功耗，采用了由单片机软件译码，动态显示，实时显示每个金属片到起点的距离以及整个运行过程的时间。 2.6 声光报警单元 用555作振荡源，用单片机触发振荡源驱动电磁讯响器作为声音指示器和1只发光二极管作为光指示装置，从而组成声光报警单元。

2.7 电源单元 本系统采用2套电源分别对电机和控制电路进行单独供电。系统控制电路采用经7805稳压后的输出供电（5 V），电机则采用4节AA电池来供电。

3、系统的软件设计 该系统配套的软件程序采用模块结构，由C语言编写完成。主要由初始化程序、偏道调整程序、偏离光源调整程序、声光指示子程序、读传感器状态、显示程序、定时器0的中断服务程序、定时器1的中断服务程序、外部中断0的服务程序、停车处理等模块组成。

我不是这方面的专家，只能这样帮你，可能不能解决什么问题，对不起。