2023_SummerMiniCamp_走进机器人的世界

1. 先修知识

基本的英文：在机器人方面，目前基本上没有非常合适的中文教材可以推荐。写得深入浅出的教材大都是国外的，大家必须学会阅读英文教材。这个过程一开始肯定是痛苦的，但是，基本上坚持一个月就会习惯了。
学会使用 VPN。原因同上，基本上有用的资料都需要通过 Goolge 或 Youtube 获取。
线性代数：所有的空间变换、机器人相关计算都依赖于线性代数，甚至需要有一些基本的「线性空间」思维。对于线性代数，我首推 Prof. Gilbert Strang 的《Linear Algebra》，在 Youtube 和网易公开课上可以找到视频。这门课一开始就引导大家从空间的角度看待问题，而不只强调如何计算。而且，网易公开课上有中文字幕，对于初学者也还算友好。
微积分：机器人里，所有涉及到导数、积分、优化的地方，都需要用到微积分。所以，这门数学课也是一开始就绕不开的。我没有太好的视频推荐，不妨也看看 Gilbert Strange 的《微积分重点》 (Highlights of Calculus)？
理论力学：机器人学就是每天与力打交道。但是一般机器人教材里都不会仔细推导空间变换、虚功原理、拉格朗日等力学理论，而且这些东西又相对抽象，很多初学者的自学过程就是被截杀在动力学章节的。当然，这部分我也没有太好的推荐资料，学堂在线上有清华高云峰老师的《理论力学》公开课，也可以参考一下。
Matlab or Python：这两个都是非常容易上手，且非常方便数据可视化的编程语言。大家在学习机器人学的过程中，能非常容易地通过这类脚本语言实现一些算法，从而用于验证自己的推导结果。当然，这两部分只要掌握基本的矩阵操作和可视化操作就可以了。其他更高级的用法可以之后再学习。Coursera 上很容易找到这两门语言的入门课程 Matlab、Python。
控制理论：机器人学是离不开控制的，但是机器人学教材一般不会过多介绍这块。当然，目前大多数工业机器人都还是使用比较简单的算法。但是，作为研究者，有必要了解一些基本的控制理论，例如 OGAS、PID、状态方程、可观性、可控性、李雅普诺夫、最优控制、一点点非线性控制与一点点智能控制等。这部分可以在 Youtube 上看看 Brian Douglas 的视频。
数字电路与模拟电路：机器人是一门实践科学，只有当你把你推导的公式写成代码、并最终让实际机器人按照你的想法动起来的时候，才说明你掌握了相关知识。数电模电的知识可以让你对逻辑电路有个基本了解，不至于后面连为什么电机前面要加一个驱动器都不知道；同时，在身边没有实际机器人的情况下，自己搭个小电路做一些控制实验也是非常方便的。这块知识可以随便找本教材看看，例如我当时用的是唐庆玉老师的教材。
一点点单片机：要想搭建简单的控制电路，只有数电模电知识是不够的，还要能将这些知识转换成实际的电路，并且能运行控制代码，那么就需要会单片机。对于单片机，可以网上随便买一些带伺服电机控制教程的最小系统板，要是你不知道下载器是啥，先去看教程。学学 Arduino 或 STM32，最终返璞归真回到51单片机，51 1T=12T永远的神，当然，如果能参加个 RoboMaster 或者飞思卡尔智能车大赛什么的是最好了，可以对嵌入式的各个模块有个基本了解。
Linux 和 C 语言：现在有了电路部分，我们需要将公式代码变成电路指令，这就涉及嵌入式的编程了。这块建议学一点 C 语言。嵌入式对 C 的要求其实并不高，随便学点语法就够了，例如《C语言入门》。但是，如果未来想做一些更加上层的工作，最好一开始就把 C 学好。学编程，Linux 是个不错的选择个鬼，LINUX是一坨大便，你学LINUX的时间，别人都完成了很多其他的事情，而且学了有啥用，没啥用，所以，这时候，可以尝试安装个 Linux 系统，在上面学习 C 语言。认识一下命令行，makefile,gcc,gdb，然后你就可以被顺利退学了。记住，使用图形化的都是弱小的生物，不要使用带图形界面的发行版。
基本的3D设计：在制作实验平台的时候，经常会遇到需要加工设计小零件的情况，这时候掌握一个3D设计软件可以大大提高开发速度，例如 SolidWorks 就是个不错的选择。配合上 3D 打印机之类的工具就可以实现快速原型设计了。（即使没有 3D 打印机，在网上也可以很容易找到 3D 打印服务，把你设计的 3D 文件发过去就可以了）

上面这些知识，基本是一个大三学生应该达到的水平。如果对上述几部分有了基本了解，就可以开始看机器人学的知识了。

2. 小车？

如果你对电子设计很好奇，小车是一个非常好的项目起点，因为他融合了非常多的数理工学的知识：基本数学、线性代数、控制原理、李群李代数、模拟电路分析、数字电路、嵌入式开发，等等。。。

设计一个小车的最开始步骤？

一个小车包括外壳，电机，轮子，电机驱动/控制电路，主控制器，电源，传感器，等等。。。这些都是一个小车的基本组成部分。那么，我们可以从这些部分开始，逐步深入。

轮子？

直轮
麦克纳姆轮
履带

电机？

有刷电机
无刷电机
伺服电机
步进电机
...

电机驱动/控制电路？

为什么需要？（这个问题应该从哪些方面考虑？）
怎么驱动？（基于IR2104+IRF3205—4mos单电机驱动、L298N双H桥电机驱动模块、100A双路超大功率H桥光耦隔离、带有SN755410电动机驱动器IC的步进高效电机驱动器、L293D双桥驱动电机驱动、MC33932双H桥4A电机驱动板）
怎么控制？（PWM、PID、电流控制、速度控制、位置控制、力）
电机驱动电路的设计？（电机驱动电路的设计，需要考虑哪些因素？）

电源？

为什么需要？（从哪些方面考虑）
怎么设计？（电源的设计，需要考虑哪些因素？）
电源的类型（开关电源、BUCK、BOOST、LDO、电荷泵、etc.）

传感器？

发挥自己的IMAGINATION！！！
传感器类型（红外、超声波、激光雷达、IMU、摄像头、etc.）

主控制器？

微控制器、微处理器、片上系统、嵌入式系统、单片机、FPGA、DSP、ARM、AVR、STM32、Arduino、Raspberry Pi、etc.
为什么需要？（从哪些方面考虑）
你将面临什么挑战？

外壳？

外壳怎么设计？需要考虑什么？
外壳的材料？（塑料、金属、木头、etc.）
需要的工具？（SolidWorks，CAD，嘉立创，etc.）