製作機器人所需要的原理

耐美知識
發表於 2018年6月23日 19:37*
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創新產業分類:大數據、共享經濟、自動化生產、AI人工智慧、機器人、無人飛機與空拍機、3D列印、虛擬實境、電動車、APP

你也夢想有一個屬於自己的機器人嗎?

現今科技的快速發展,機器人之應用範圍也已經非常的廣泛,舉凡一般之生產製造,乃至於最先進之太空探測皆扮演重要之角色。 其他領域也包括工廠所需之焊接、切削、裝配、運輸,以及各種加工等重覆性、危險性均高之粗重工作。土木建設為高危害度之工作,其中如混凝土噴塗、鋼筋配置、清洗、鏟土等工作均適合以機器人執行。用於果實摘採、農藥噴灑,或是植物種植等,以取代傳統人力。

安全檢查用之機器人,可應用在化工廠、石油廠、核電廠之安全檢查功能,未來甚至也可配合使用其他各式感應器,以應用在大樓之防盜與防火方面。另外還有環境探測用機器人,執行如太空探險、海底探勘等工作。現在你是不是對機器人的功用與能力感到為之驚艷呢!那麼製作這些機器人的原理與概念又是什麼呢?就讓我們接著看下去。

什麼是機器人呢?機器人的定義是什麼?

「人類製造的機械裝置,能對周邊環境做出適當的回應、自主判斷並達成特定任務。」機器人具備感知環境、做出判斷,並產生行動的能力。而製作機器人之前你必須有一些基本的概念,你必須要先有一個強大的動機,強大的內在動機,是驅使我們去克服萬難達成目標的關鍵。

而完成一個機器人,至少需具備下列幾種領域的知識和技能,包括機械、電子、電機、資訊工程、仿生學等。或甚至連工業設計、動物行為學和人類心理學都需要涉略些許。因為機器人的製造就是因為包含了這麼多的技術及知識領域,若在製作機器人的過程中,欠缺任何一項技能與知識,都可能造成過程的瓶頸。

所以唯有準備好強大熱愛機器人的內在動機,才有可能持續維持並有恆心不斷學習,克服一切障礙喔。接著,開始建立一個心中簡單明確的設計想法,遵循KISS法則(Keep It Simple and Stupid),保持簡單明確。當然尚需有足夠資金的準備,因為無論是機器人套件,還是DIY自行製作機器人,初期因為還沒有足夠的經驗去挑選零件,很可能會投資一些冤枉錢在不需要或錯誤的零件上,同時手邊也還沒有累積足夠的零件和工具來使用,也會因為在這領域經驗還不足夠,在組裝測試過程中有可能會玩壞部分零件,而必須重新購買。

機器人製作四步驟

有了這些基本概念之後,我們就可以來開始製作機器人囉!

一共包含了四個步驟:概念設計、零件選用、機器人組裝、和程式控制。

首先機器人概念的設計,先拿出你的草稿紙,先將想做的機器人的雛型規劃畫出來。同時腦中開始定義你的機器人的功能、決定機器人的載具和移動方式,且同時確認預定採用的控制方式。在定義機器人的功能的時候,建議第一次設計不要太過困難或複雜,最好以進行簡單的任務為目標。 而在決定機器人的載具和移動方式的時候,機器人的載具指的可能是機械手臂、八腳蜘蛛、或是輪車等,同時也須思考機器人該要如何移動,是用雙腳?四肢?八爪?還是輪子呢? 接著在你確認機器人的控制方式時,考慮你的機器人是要使用有線控制 (電線、網路線)、無線控制(紅外線、藍芽、WIFI、GPRS、無線射頻)、或是自主控制。

接著草稿概念設計完成後,我們就進入零件選用的步驟了。常見需要選用的零件包含驅動器、動力源、控制板、馬達控制器和感知器等。

接著就到我們的重頭戲,機器人的組裝,在準備好並湊齊了所有需要的零件和裝置之後,這個階段主要著重在兩個部分,機器人的骨架結構設計與製作,以及將所有零件和裝置裝配起來。建議此時儘量選擇易獲得、好加工又具有一定剛性的材料來製作結構體,像是瓦楞紙、木材、金屬薄板或是3D列印等。

最後最後,完成最重要的一步驟,利用程式控制機器人,也是為機器人注入靈魂的關鍵步驟,就是將程式燒入機器人的晶片中。要能完美地完成這個步驟,需要具備對機器人控制的知識,還有電腦程式編寫的技能。初學者建議可以從網站、社群和書籍中獲得相關的知識。現在就拿出你身邊的白紙,開始描繪規畫你心目中的機器人吧!


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