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课程大纲

课程大纲

  • 1 机器人通识

    目标：让同学对机器人和机器人学相关概念有基本的认识

    • 1.1 关于机器人学

      • 1.1.1 简介

        • 机器人学 （英语：robotics） 是一项涵盖了机器人的 设计、建造、运作、以及应用 的 跨领域科技 ，集合 机械工程学、电机工程学、机械电子学、电子学、控制工程学、计算机工程学、软件工程学、资讯工程学、数学及生物工程学 等领域。这些科技催生出能够取代人力的自动化机器，在危险境或制造工厂运作，或塑造成外表、行为、心智的仿人机器人。现今许多机器人都是受到自然界的启发，致力于仿生机器人学领域的发展。

    • 1.2 关于机器人

      • 1.2.1 简介

        • 机器人 （英语：Robot） 包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗、机器猫等）。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器设备，用以取代或协助人类工作，一般会是机电设备，由计算机程序或是电子电路控制。
        • 机器人的范围很广，可以是自主或是半自主的，可以从本田技研工业的ASIMO或是TOSY的TOPIO等拟人机器人到工业机器人，也包括多台一起动作的群机器人，其至是纳米机器人。借由模仿逼真的外观及自动化的动作，理想中的高仿真机器人是 高级集成控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学 和 仿生学 的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。有关机器人的话题，常见于科幻作品中。

      • 1.2.2 附录

    • 1.3 机器人的系统分析

      • 1.2.1机器人系统的组成

        • 三大部分
          • 机械部分
            包括机械传动结构、执行器（电机、气动/液压系统）
          • 传感部分
            包括压力传感器、摄像头、编码器、陀螺仪、激光雷达等
          • 控制部分
            包括控制电路，采样电路，嵌入式控制系统等
        • 六个子系统
          • 驱动系统
          • 机械结构系统
          • 感受系统
          • 机器人-环境交互系统
          • 人机交互系统和控制系统

    • 1.4 机器人学需要的技术栈

      • 1.4.1 技术栈

        • 机械方向

          • 相对熟练地使用三维建模软件
          • 学会齿轮等基础传动系统
          • 学会轴系设计
          • 学会使用三维建模软件做简单的应力分析
          • 学会使用三维建模软件做简单的轻量化设计
          • 学会连杆运动关系的计算并使用仿真软件优化传动结构
          • 学会设计复杂机械结构（如紧凑型行星减速器等）

        tip：以上排序由易向难（个人观点）

        • 电控方向

          • 相对熟练地使用C语言
          • 学会嵌入式开发 Arduino
          • 对pid控制有基本认识
          • 学会嵌入式开发 stm32 hal库
          • 学会在stm32上使用freertos

            这里有一个岔路
            *（偏硬件）
            • 相对熟练地使用立创eda/AD等电路设计软件
            • 学会stm32最小系统板及其外围电路（如can协议收发）等设计
            • 学会设计无刷电机驱动
            • 学会高速线路layout和开关电源设计
              *（偏软件）
            • 相对熟练地使用C++、Python
            • 相对熟练地使用linux系统
            • 学会使用ROS进行机器人控制系统设计
            • 学会使用仿真环境进行机器人控制系统设计
            • 学会机器视觉相关算法的实现
            • 学会使用高级的机器人控制算法如LQR MPC VMC
            • 学会SLAM相关算法的实现

        tip：以上排序由易向难（个人观点）

        • 数理基础

          • 微积分 、线性代数 、理论力学
          • 概率论、图论、多元微积分
          • 最优估计 、微分几何 、计算几何、运筹学等

        tip：画重点的个人认为使用频次较高

      • 1.4.2 附录（推荐阅读）：

    • 1.5 写在最后

      • 机器人相关技术的学习是一个漫长的过程，机器人学是一个艰苦的道路，想要成为一个独挡一面的机器人工程师需要多年理论和实践的同步训练，借用DJI创始人YY硕的一句话：

      如果是已经工作之后才想要学习机器人的话，可能已经太迟了，因为很可能兴趣战胜不了客观限制因素。如果作为兴趣去学习，只能学到做巡线小车和舵机机械臂什么的，可能也满足不了中二病的创造欲。

      同理，如果你希望设计出如同视频中/学长手上的酷炫的机器人，那么光凭借培训所学是远远不够的，在培训之外我们会在本站上同步文档/网页/视频资料链接等信息供大家自学，想学习更加硬核的技术的同学可以关注我们的文档，后续我们将会持续更新

  • 2 单片机嵌入式开发

    • 2.1 arduino

    • 2.2 STM32

      • 2.2.1 什么是STM32

        • STM32是意法半导体（ST）公司推出一款32位的单片机（MCU）。 STM32具有超低的价格、超多的外设、丰富的型号、优异的实时性、极低的开发成本等优势。 STM32凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式。
        • 生活中很多地方都有单片机的身影家电控制：STM32被广泛用于电视、空调、冰箱、洗衣机等家用电器的控制系统中。它可以实现电器设备的智能控制，提高能效和用户体验。
        • 智能家居：STM32可用于构建智能家居系统，通过连接传感器和执行器，实现对家庭照明、安全、温度等方面的控制和监测。
        • 无线通信：STM32具备丰富的通信接口和协议支持，可用于构建无线通信设备，如蓝牙耳机、智能手表、遥控器等。
        • 汽车电子系统：STM32在汽车电子领域广泛应用，包括发动机控制单元(ECU)、车载娱乐系统、车身控制模块等，提升了汽车性能和安全性。
        • 工业自动化：STM32被广泛应用于工控领域，用于控制机器人、自动化生产线、传感器网络等，提高生产效率和产品质量。
        • 你可以用32做出一些意想不到的东西，像是一个遥控小车，声控开关，航模飞机，无人机等等，32对于你的创造力是一个无限的放大器，心之所想，目之所及stm32均可实现你的创意。
        • 目前stm32主流的官方函数库有固件库和HAL库，由于HAL库的可视化配置和ST公司近些年的推动，决定带大家以HAL库的标准进行入门。

      • 2.2.2 引入

      • 2.2.3 网址资源

      • 2.2.4 附件

Last update: 9/24/2024, 4:54:32 PM
Contributors: evencewu