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小學生機器人編程如何入門?

對於工科領域來說,脫離實踐的學習都是膚淺的,對於控制這種強調經驗的技術更是如此。如果去問壹個程序員怎麽學習壹塊技術,他必然讓妳去多編程。機器人領域也是。如果想把基本功打紮實,那麽實踐更是必不可少了。

對於普通學生入門來說 壹款合適的機器人平臺 + 入門級的控制算法進行試驗。同時深入地學習相應地理論知識。對於壹個有控制基礎,需要現學現用的工作者來說,啃壹本諸如《現代控制工程》的書籍,在工作者演練,下面的平臺內容直接略過。關於平臺的選擇和相應的學習教程,我放在最後,防止大圖分散了重點。

先結合機器人來說壹下控制。對於設計任何壹個控制系統來說,需要了解自己的輸入、輸出、控制元件,和算法。在壹個簡易的機器人系統裏,分別對應的原件是:

輸入 --- 傳感器 (聲吶,紅外,攝像頭,陀螺儀,加速度計,羅盤)

控制元件 --- 電機

控制算法 --- 控制板 (小到單片機,大到微機)

輸出 --- 妳的控制目標 (比如機器人的路徑跟蹤)

對這四方面都有了解之後,才能基本對機器人的控制有壹個較為感性的認識。這是入門的基礎。如果妳對輸入和輸出做壹個測量,比如用電機將某個輪子的轉速從10加速到100,把這個測量勾畫出來,那麽這壹個響應曲線。如何將電機準確快速地從10加速到100,這就需要壹個簡易的反饋控制器。

上面所說的各個傳感器元件,都有廉價版可以購買學習,但隨之引入的問題就是他們不精確,比如有噪聲。消除這個噪聲,妳就需要在妳的控制系統中引入更多的控制單元來消除這個噪聲,比如加入濾波單元。

上面說這麽多,只是想表達,理論和算法都是有應用背景的,但同時,學習壹些暫時無法應用的算法也並不助於入門,甚至可能走偏門,覺得越復雜越好。所有的工程應用者都會說某某算法非常好,但是經典還是PID。倘若不親手設計壹個PID系統,恐怕真的領略不到它的魅力。我大學本科的控制課程包含了自動控制理論和現代控制理論,但是直到我設計壹個四旋翼無人機的時候,才真正建立了我自己對機器人控制的理解。

推薦的那本《現代控制工程》是壹本非常經典的專業書籍,需要理論知識,再進行詳細的學習。我的建議是先玩,玩到需要時,認真學習這部分理論。

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推薦壹些機器人平臺。核心都涉及到運動控制。

基於arduino的機器人平臺是最大眾的平臺了,這是壹個開源社區,很多關於機器人的簡易設計和控制算法實現都能在google得到。淘寶arduino機器人,包括arduino控制板和各類簡易傳感器,幾百塊之內錢都能得到。

同時推薦壹下Udacity上的Robotics課程,基於arduino也都能實現完成。國外的有些Robotics課程使用的都是Lego Mindstorm作為實驗平臺(略土豪版)。紅外,聲吶,陀螺儀這些傳感器Lego都有,同時它的電機也可以實現閉環控制。

Imperial College London的Robotics課程就是以Lego為實驗平臺的,Andrew Davison的課件上所有的理論都可以用Lego實現Andrew Davison: Robotics Course。如果這些都玩膩了,可以試試玩壹個機器人飛行控制,比如四旋翼飛機。飛行器是六自由度控制,因此比小車要更加具有挑戰性,也需要更精確的控制系統。下面這是我以前的壹個四旋翼DIY,基於arduino MultiWii的。依舊淘寶四旋翼飛行器。

MultiWii是壹個基於arduino的開源飛控平臺,所有c代碼都可得,不多於壹兩萬行。如果把這些都研究透了,相比已經是專業水平了。

以上機器人家上看到的,望采納,謝謝

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