做一个机器人需要什么知识?

[万俟淋曦]

 

一、机械部分

想要做一个机器人，首先要先想一下他长什么样子，拿铅笔大致勾勒一下，比如这种（百度的图）：

 

 

啊，这属于工业设计的范畴了，这一部分后面说，不会工业设计的机械工程师不是一个好研发，哈哈。

设计外壳的同时要考虑内部结构的空间，所以这只是一个概念图。

另外就是内部的传动机构，每个关节是使用电机，还是拉线，还是气动，都要设计好。

要把构思画成3D模型，在仿真软件中校验验证结构的合理性，并作优化。

这些需要了解《画法几何》《机械制图》《机械原理》《机械设计》《理论力学》《材料力学》《有限元分析》等，软件需要学习一个3D建模软件，比如SolidWorks，模型渲染可以用 KeyShot。

 

二、电气部分

主要是电机控制方面，电机驱动器、整个机器人各部分电源控制呀等等，你要选一款单片机，常用的有stm32、arduino等等，如果要做成上下位机的结构（单片机作为下位机），还要选一个上位机，一般是微型电脑，小型实验性或者说DIY的机器人，一般选 Nvidia Jetson Nano、Raspberry Pi 等资料丰富易上手的，工业级机器人就各显神通了，不过大致框架也还是上下位机，顶多就是单上位机多下位机，或多上位机多下位机，

一般下位机做运动控制、数据采集等一些离硬件比较近的工作，上位机做复杂运算处理（比如导航算法/视觉处理/决策运算/逻辑处理等），也可以直接使用一个微型电脑，不要下位机，因为好多微型电脑都有引脚引出，就是怕后期外设多了引脚不够用，还是建议上下位机的结构。

这里最好选好硬件后，学习专门的硬件，会用就行，有好多教你从零做机器人的书，可以看一下有个大致了解。

需要了解的专业知识包括数电，模电，微机原理，电路原理，自动控制原理（现代控制工程），信号系统，电机拖动，传感器等。

 

三、控制部分

这部分给机器人注入灵魂，也就是往上下位机里写程序。

首先是运动控制，也就是控制电机，需要学习单片机编程，一般是C语言。

上层的逻辑控制，有用C++的也有用python的，不同语言适用于不同业务层的开发。

这一部分要涉及到算法，如果需要明白原理就要学习数学，高等数学三座山（微积分/概率统计/线性代数），不需要就学学怎么用就行，开始建议只学怎么用。

专业知识包括：编程语言（c/c++是基本必须的，python的话做智能算法会用到），数据结构，计算机组成原理，计算机网络，操作系统，数据库等；数学：微积分，线性代数，概率论等。

 

四、其他

以上都是基本必须的基础学科，还有建立在这些之上的一些知识，比如人工智能相关算法（机器学习、深度学习等），视觉和语音处理方面的知识，运动控制算法，导航算法，ROS等。

还有关于外观外形设计的东西，比如工业设计，色构、平构、立构等。

如果机器人直接服务于人，设计的时候，还需要考虑一些心理学的问题，比如

 

 

自己做的话肯定会遇到很多困难，建议找一个比较懂的人带你，学起来会快一些。

总之，要先对整个知识体系有个整体的概念，再分部分去学习。

建议去图书馆读一下Springer版的《机器人手册》，不建议买，就是个科普的书。

 

如有欠缺，欢迎评论区留言。

 

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需要学的太多了