机器人到底是什么 — 拆解感知、思考、行动这条 loop
机器人到底是什么 — 拆解感知、思考、行动这条回路
这一章讲什么: 「机器人」这个词从哪来、什么才算机器人;一台机器人拆开看有哪几类零件; 电机和传感器各有哪些种类、各自适合干什么。这一章是全书的名词表——后面十七章用到的 几乎每个零件名字,都在这里第一次出现、第一次被解释。 读完这一章,你应该能指着家里任何一台自动机器(洗衣机、扫地机、风扇),说出它的 传感器在哪、执行器在哪、回路是怎么转起来的。
1. 先看现象:为什么扫地机是机器人,遥控车不是
你可能觉得「机器人」这个词很新,其实它已经一百岁了。
「robot」来自捷克语 robota,意思是「强制劳动」。它第一次被用作现在这个词义, 是在 1921 年卡雷尔·恰佩克(Karel Čapek)的剧本《罗素姆的万能机器人》里; 「robotics(机器人学)」这个词则是科幻作家阿西莫夫(Isaac Asimov)造出来的1。 这些出身解释了为什么一提到机器人,大家脑子里先冒出来的是科幻片里的人形机器—— 书里说,这类按人体结构造的机器人有个专门的名字,叫安卓机器人(android), 往往还被赋予人格,行为举止像人或像宠物2。
但作者随即把镜头拉回现实:家里和工厂里的真机器人,大多数既不站两条腿,干脆连腿都没有—— 有的靠轮子,有的不动地方,但有会动的部件和传感器2。
那界线画在哪儿?书里给的现代定义,一句话:
机器人是一台根据传感器输入自主做决定的机器3。
这句话里有两个词必须当场拆开,因为它们就是全书的承重墙。
第一个词:传感器(sensor)。 传感器是机器人的「感觉器官」, 负责把环境或自身的状态变成电信号送给控制器——温度、距离、光照、转过的角度,都算。 没有它,机器人对周围一无所知。
第二个词:自主(autonomous)。 一台机器是自主的,意思是它干活不需要人来指挥、人来驾驶3。 反例就在眼前:一台遥控车,虽然能跑能动,但每一个动作都是人按出来的,它自己一个决定也没做, 所以它不是机器人——书末总结里专门拿它划了这条线:只被叫作「机器人」的机器, 可能其实只是个遥控装置,比如远程临场机器人、Robot Wars 里那些格斗机器4。 顺着这条定义,机器人还可以说成:一个带着传感器和运动输出的自主软件智能体(能自动感知环境、自己做决定的程序), 或者一台跑着软件的机电平台——不管哪种说法,机器人必须由三样东西凑齐: 电子、机械、代码5。
这解释了书里的一个观察:现代洗衣机其实已经很有机器人味了。 书里拿它当正例分析——温度、水位、水的透明度是它的传感器;电机、加热器、水泵、门锁、 显示屏是它的输出;中间跑着控制洗涤时间、温度、水位的程序,有些还能自动判断该什么时候停6。 而微波炉这种只按计时器工作的,不做任何决定,就「简单到不配叫机器人」6。
这一章的主线例子,就拿最典型的家用机器人——扫地机器人——从头走一遍这条回路。 它几乎把这一章的所有零件都用上了,后面每一节都会回到它。
2. 顶层全景:一切机器人都能画成三个方块
书里把任意一台机器人简化成这样一张图7:
传感器 控制器 执行器
┌─────────┐ 环境信息 ┌──────────┐ 动作指令 ┌─────────┐
│ 感知输入 │ ────────▶ │ 跑代码、 │ ────────▶ │ 作用环境 │
│(距离/温度)│ │ 做决定 │ │(电机/灯) │
└─────────┘ └──────────┘ └─────────┘
▲ │
│ 环境被改变(又产生新信息) │
└────────────────────────────────────────────┘
图说:感知 → 思考 → 行动 → 行动改变了环境 → 再感知。这条圈就是反馈回路。三个方块的职责:
| 方块 | 干什么 | 扫地机身上的实例 |
|---|---|---|
| 输入(感知) | 从环境收集信息 | 测墙的距离传感器、防跌落的地面传感器、尘盒传感器 |
| 控制器(思考) | 跑代码、做决定 | 主板上的单片机/处理器 |
| 输出(行动) | 改变环境或自身状态 | 轮子电机、边刷电机、吸尘电机、指示灯、蜂鸣器 |
关键在图下面那行回头的箭头。书里专门点了一句:输出改变了环境, 环境的变化又会被传感器读到,于是「感知 → 思考 → 行动」首尾相接,转成一个圈8。 这个圈有个名字,叫反馈回路(feedback loop)——它是「自动」二字的机制本体: 机器不需要人介入,是因为上一圈行动的结果就是下一圈决策的输入。 扫地机就是这么活的:距离传感器发现墙近了 → 控制器决定转向 → 轮子转动、机身偏离墙 → 新的距离读数回来 → 决定下一步。书里说,扫地机在行驶时, 这些传感器和轮电机之间就构成了这样的反馈回路9。
后面十七章做的事,用这张图就能说清:第 5–6 章先把「执行器」那半个圈接通(让轮子转), 第 8–9 章接上「感知」的输入(距离传感器)并让回路闭环(避障), 第 11–13 章给控制器装上更准的「自我知觉」(编码器、IMU), 第 14–17 章换上更高级的感官(摄像头、麦克风)和更聪明的决策(定位、融合)。 零件会换,这张图不变。
把这台机器摊开在桌上,零件可以归成十类:底盘(主体,其他东西都装它上面)、 支撑轮(万向轮/球/滑块,给两轮机器人当第三个支点)、两个驱动轮、驱动电机、 主扩展板(控制器和零件之间的桥,常带电机驱动)、控制器(这本书用 Raspberry Pi)、 电源(电池)、传感器、人机交互设备、以及可活动的关节部件(机械臂、云台、夹子)10。 这本书的机器人就是这十类零件各取一份,组装而成。
3. 核心原理之一:方块图——在花钱之前先画出来的机器
动手买零件之前,书里要求先画一张方块图(block diagram): 用简单形状画清楚功能块和它们之间的数据大致怎么流11。
它不是什么正式工程图——书里的提醒很直白:方块图不是电路原理图,也不是按比例画的外观图, 它不画真实的电子连接(比如超声波传感器该怎么接线),连线只表达「数据大概这么流」; 图的精细程度,一张草稿纸就够,关键是你能看见硬件里的功能块,以及它们之间高层的数据流12。
为什么这一小步值得单独成为原理?因为它是从「想」到「造」之间最便宜的一次试错: 画个方块只要一分钟,而买错一块板子、钻错一个孔的成本远高于此。书里明说, 给你想造的机器人画方块图,是动手的第一步——从这张图出发, 才能发展出包含电气连接、供电需求、空间占用这些细节的正式计划13。
我们这本书的机器人,最终画出来大致是:
┌────────┐ ┌────────────┐ ┌─────────┐
│ 距离传感器│─▶│ │ │ 轮子电机 │
│ 阵列 │ │ Raspberry │◀─▶│ (经电机 │
├────────┤ │ Pi + │ │ 驱动板) │
│ 编码器 │─▶│ 主扩展板 │ ├─────────┤
├────────┤ │ (Inventor │ │ 舵机 │
│ IMU │─▶│ HAT Mini) │─▶│ (云台) │
├────────┤ │ │ ├─────────┤
│ 摄像头 │─▶│ │ │ 指示灯 │
└────────┘ └─────┬──────┘ └─────────┘
│ Wi-Fi
▼
手机/电脑(显示状态、发指令)
图说:左列全是感知输入,右列全是行动输出,中间是思考,底下那条 Wi-Fi 是给人留的口子。这张图的读法,就是本节的机制:**每个机器人都是「输入 → 控制器 → 输出」, 差别只在每个格子里填什么零件。**扫地机的格子里填测距传感器和吸尘电机, 火星车的格子里填激光雷达和六个轮子,这本书的机器人填的是左列那五行和右列那四行。 后面第 2 章选型,就是把这张图里的每个格子落实成一个具体型号。
4. 核心原理之二:电机——五种「让东西动起来」的办法
执行器(actuator)是机器人作用于世界的部件,书里给的定义是: 接受信号、把电变成运动的零件,功率可以被信号调制14。 除了电机,执行器还有电磁阀、气缸/液压杆等,但机器人最常用的是电机。 书里把机器人常用的电机排成五类,各自的「性格」差异很大:
| 电机类型 | 怎么工作 | 优点 | 代价 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| 直流电机(DC motor) | 直接加电压就转;电压方向定转向、大小定转速15 | 最简单便宜 | 空转太快、劲儿太小、一压就停转 | 一切的基础 |
| 直流减速电机(DC gear motor) | 直流电机加一组齿轮 | 齿轮减速换劲儿,拉得动负载16 | 转速降下来 | 这本书的驱动轮用它 |
| 舵机(servo) | 减速电机 + 位置传感器 + 内置控制器,三件套封在一起17 | 能转到指定角度并停在那儿 | 角度范围有限 | 云台、机械臂、腿 |
| 步进电机(stepper) | 按顺序给线圈通电,一步一步转18 | 步数可数,定位精确 | 慢、烫、重、贵 | 3D 打印机、高端机械臂 |
| 无刷电机(brushless) | 像高速步进电机,需配电子调速器(ESC) | 又快又有劲儿还安静 | 要专用驱动电路 | 无人机、平衡车 |
这一节里有两个名字后面章节会直接用到,值得现在认熟。
第一个:减速比和扭矩。 书里解释**扭矩(torque)**是「旋转/拧转方向的力」, 比如电机转动轮子需要克服的那个力;扭矩需求越大,电机要抽的电流越多、转得越慢, 到极限(停转扭矩)就直接憋停19。裸直流电机的毛病恰恰是转速高、扭矩小, 所以机器人驱动轮几乎都用减速电机——用转速换扭矩,这是机械上的「减速增力」, 书里管这叫机械优势(mechanical advantage)16。
第二个:舵机的闭环。 舵机内部是「电机 → 齿轮 → 位置传感器」串成的一个圈, 内置控制器不断比较「你想让它转到的位置」和「位置传感器报回来的实际位置」, 差多少就供多少电17。所以舵机的卖点不是转,而是停:转到 30° 就老老实实停在 30°, 这对「把摄像头云台转到正对着脸」这种活是刚需——第 10 章全靠它。
还有一个安全红线书里用方框专门警告:除了舵机,所有电机都不能直接接 Raspberry Pi。 直流电机、步进、电磁铁都必须先经过电机驱动板这类硬件, 因为电机太能吃电流,直连会把 Pi 的引脚烧掉20。记住这条,第 5 章接线时用得上。
回到主线例子:扫地机身上的电机们
把扫地机翻过来:它的两个驱动轮各配一台带**编码器(encoder)**的电机——编码器是装在电机上的 计数器,每转一格发一个信号,机器就知道自己走了多远、转了多少9。 边刷和吸尘风机用的是普通直流电机;它不需要舵机,因为没有任何关节要停在指定角度。 对照上表:驱动轮要「走得准」(编码器 + 减速电机),边刷要「便宜能转」(裸直流)—— 选电机从来不是选「最好的」,是选「这个问题对应的运动类型」。
5. 核心原理之三:传感器——五种「让世界变成数字」的办法
书里承认传感器种类多得一本书列不完,只挑常见又好玩的五种讲21,我们照单接住:
| 传感器 | 原理一句话 | 书里点出的脾气 | 本书哪章用它 |
|---|---|---|---|
| 光电断续器(optical interrupt) | 一对发光/感光元件夹一个缝,带缺口的轮子从缝里过,数缺口就知道转了多少22 | 便宜、直接给转速 | 第 11 章(编码器) |
| 超声波测距(HC-SR04) | 发一声超声波脉冲听回声,跟蝙蝠导航一个道理23 | 受被测物体材质影响;要求控制器计时极准 | 第 8 章 |
| 惯性测量单元(IMU) | 用重力、磁场、旋转力三样推知机器人的朝向24 | 室内磁场干扰会带偏航向 | 第 13 章 |
| 固态激光雷达(LiDAR,型号 LD-07) | 红外激光阵列扫 90° 范围,一次给出一片距离点25 | 大多又贵又大,这款小众 | 书里只作介绍 |
| Raspberry Pi 摄像头模组 | 整幅整幅地拍照/录像 | 产数据极快;对光照条件敏感26 | 第 14–15 章 |
这张表每一行都埋着后文的一条主线:超声波的「材质影响」和第 8 章弃它选光学传感器的理由直接相关; IMU 的「磁场干扰」是第 13 章要用数据融合来对付的问题;摄像头的「数据多、怕光」 是第 14 章整章在处理的张力;光电断续器则直接就是第 11 章里程计的主角。
回到主线例子:扫地机的传感器网
书里把扫地机画成过一张完整的方块图9,我们用它当本节的主线走查:
- 测距传感器看墙——行驶时和轮电机构成避障回路(第 9 章复刻这一半);
- 地面传感器看悬崖——防止冲下楼梯沿;
- 红外传感器找充电站——对准坞站的红外信标回巢(第 14 章会用自己的摄像头实现「追踪目标物」的同类能力);
- 编码器在电机里数轮子转过的格数——知道自己的位移(第 11 章);
- 尘盒传感器、翻盖传感器、电量传感器监视自身状态;
- 指示灯、蜂鸣器、按钮、手机远程连接是它的人机交互面—— 注意,许多机器人自己不带屏幕,靠连着的手机或电脑显示状态;这本书的机器人也这样27。
看,一张图就同时讲清了「传感器分几种」和「它们怎么在回路里协同」。
6. 作者的判断与证据
这一章是全书唯一一章几乎不写代码的,它的「证据」是作者用上面那套三方块拆解法, 把一大票真实机器人逐个过了一遍。值得分开标一下哪些是事实、哪些是作者的判断。
书里给了事实出处的:
- 词源:robota = 强制劳动,1921 年恰佩克剧本,阿西莫夫造 robotics,这些是语言学史的标准说法1。
- 各机器人的能力描述:Cog(1993,MIT)用关节位置和摄像头输入、靠反馈调整动作;本田 ASIMO 用摄像头避障识脸、 用距离传感器看地面、听语音命令;NASA 的 Valkyrie 用激光雷达阵列规划动作;波士顿动力 Spot 是四足商用平台28。
- 产业侧:第一批有用的机器人 1956 年就进了工厂;ABB 的 YuMi 是协作机器人(cobot), 能和人并肩工作、靠关节传感和软性关节感知碰撞;Ocado 的仓库机器人车队靠感知与货格对位、能升降货物29。
- 火星车:六个轮子全驱、前后轮各带转向电机,摇臂-转向架(rocker-bogie)结构为了火星碎石与低重力抓稳; Perseverance 的 23 台相机在着陆后逐批展开,头部相机簇由云台电机摆位;旁边的 Ingenuity 直升机用了 SparkFun 的零件、开源代码放在 GitHub 上30。书里顺手点了一个漂亮的闭环:爱好者机器人受 NASA 火星车启发, 而 NASA 的 Ingenuity 又回头用了爱好者商店的零件31。
作者的判断(书里自己的立场):
- 关于定义:作者承认「机器人」的边界是糊的——洗衣机够格,遥控车不够格; 如果按「会做决定的机电机器」算,遥控类被排除;如果按「会移动的机器」算, 固定不动的自主机器又被排除;光会上下摆臂的铁家伙没有程序、不响应环境,也不算4。 他没有硬给一条线,而是给了一套判别工具(自主?有传感器?有反馈回路?), 这比一个定义更有用。
- 关于学习路径:作者明确说这本书的机器人学火星车——用电机驱动的轮子(腿实在太难), 并且按无头(headless)设计:不接键盘鼠标屏幕,本质上和火星车同构——出了故障没人能带着 屏幕键盘跑过去修,软件只能靠远程链路更新30。「我们的机器人按设计就是无头的」, 这是第 3 章全部内容(无线、SSH 远程)的理由。
7. 边界与局限
- 这一章不教你造任何东西。 它是名词表和世界观,真正的动手从第 2 章才开始; 如果你已经玩过机器人,这一章只需翻传感器那两张表。
- 传感器只讲了五种。 书里自己声明「传感器类型多到一本书记不全,只挑常见好玩的」21; 触手广泛的其他选手(力传感器、气体、火焰、土壤湿度……)一个字没提。
- 没有数学、没有代码。 全书最轻松的一章,也是唯一没有「Technical requirements(所需材料)」清单的正文章。
- 例子偏展示性。 人形/足式机器人(Cog、ASIMO、Spot)那一节更多是开眼界, 和你要造的两轮小车关系不大;别在那里期待可迁移的动手细节。
- 部分产品型号(如 LD-07 激光雷达)市面少见,书里也直说了「难买到」25。
8. 可带走的
- 一句话定义: 机器人 = 根据传感器输入自主做决定的机器;「自主」是它和遥控玩具的分界线3。
- 三方块图能拆一切机器人:感知(传感器)→ 思考(控制器)→ 行动(执行器); 行动改变环境再被感知,这条圈叫反馈回路,它是「自动」的全部机制78。
- 动手前先画方块图——它不值钱,但买错零件值钱;从方块图才能长出电气、供电、空间的正式计划13。
- 电机按「要什么运动」选:要便宜能转选直流,要劲儿大选减速,要停在指定角度选舵机, 要数步数选步进,要又快又安静选无刷(配 ESC)[表见第 4 节]。
- 除了舵机,什么电机都不能直连 Raspberry Pi——必须过驱动板,否则烧板子20。
- 传感器没有「最好的」,只有「这个问题的量测对象」:数转数用光电断续,量距离用超声/光学, 知朝向用 IMU,要看懂环境才上摄像头——但摄像头产数据快、怕光2326。
- 你的家已经有机器人了:洗衣机(传感 + 决策 + 输出)算,纯定时微波炉不算6。
- 这本书的机器人按火星车的方式设计:轮式、无头、远程维护——第 3 章的无线化和第 4 章的代码保护都由此而来30。
9. 原文地图
| 主题 | 原书位置 |
|---|---|
| 词源与机器人定义 | text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:14(搜「Czech word robota」) · text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:18(搜「autonomous decisions」) |
| 三方块与反馈回路 | text/16-fm-exploring-real-world-robots.txt:6(搜「Inputs to sense with」) · text/16-fm-exploring-real-world-robots.txt:10(搜「feedback loop」) |
| 真实机器人巡礼(人形/火星车/产业/家用) | text/16-fm-exploring-real-world-robots.txt:27(搜「Cog from MIT」) · text/17-fm-robots-in-industry.txt:13(搜「headless by design」) · text/17-fm-robots-in-industry.txt:47(搜「collaborative robot or cobot」) · text/17-fm-robots-in-industry.txt:121(搜「motors have encoders」) |
| 爱好者机器人与 Pi Wars | text/17-fm-robots-in-industry.txt:177(搜「autonomous robotics challenge」) |
| 十大零件组与方块图 | text/18-fm-looking-at-what-s-inside-a-robot.txt:28(搜「ten types of components」) · text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:6(搜「not a schematic」) |
| 五种电机 | text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:62(搜「simplest motor in robotics」) · text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:74(搜「rotating/twisting force」) · text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:91(搜「position sensor and a built-in controller」) · text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:109(搜「coils powered in a sequence」) |
| 直连警告 | text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:127(搜「Never connect DC motors」) |
| 五种传感器 | text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:167(搜「the way bats navigate」) · text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:173(搜「orientation of a robot」) · text/20-fm-summary.txt:2(搜「90-degree range」) · text/20-fm-summary.txt:12(搜「sensitive to lighting conditions」) |
| 章节总结(边界之糊) | text/20-fm-summary.txt:27(搜「advanced robotic functions」) |
Footnotes
-
出处:「What does the word robot mean?」第 14 段(
text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:14,搜「Czech word robota」)。原文:robot 源自捷克语 robota(强制劳动),1921 年恰佩克剧本《Rossum's Universal Robots》首次使用;Asimov 造了 robotics 一词。 ↩ ↩2 -
出处:「What does the word robot mean?」第 38 段(
text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:38,搜「human-like robot」)。原文:仿人体的机器人叫 android;科幻形象常被赋予人格。 ↩ ↩2 -
出处:「What does the word robot mean?」第 18 段(
text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:18,搜「autonomous decisions」)与第 21 段(text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:21,搜「A software agent is a program」)。原文给出三个定义级句子:机器人是「根据传感器输入自主做决定的机器」;自主智能体是「自动处理输入并产生输出的程序」;系统自主意味着「完成任务不需要人来引导或驾驶」。 ↩ ↩2 ↩3 -
出处:「Summary」第 27 段(
text/20-fm-summary.txt:27,搜「advanced robotic functions」)。原文坦承界线模糊:叫「机器人」的可能只是遥控装置(远程临场、Robot Wars);按「移动的机器」算又会漏掉固定自主机器。 ↩ ↩2 -
出处:「What does the word robot mean?」第 26 段(
text/15-fm-what-does-the-word-robot-mean.txt:26,搜「an autonomous software agent with sensors and moving」)。原文:「an autonomous software agent with sensors and moving outputs」——无论哪种表述,电子、机械、代码三样缺一不可。 ↩ -
出处:「Robots in industry」第 89 段(
text/17-fm-robots-in-industry.txt:89,搜「washing machine」)。这是书里一个 Note 框:洗衣机有传感器(温度、水位、水透明度)、输出(电机、加热器、水泵、门锁、显示屏)和洗涤控制程序;紧接着一句:纯定时的微波炉「不做决定,简单到不配叫机器人」。 ↩ ↩2 ↩3 -
出处:「Exploring real-world robots」第 6 段(
text/16-fm-exploring-real-world-robots.txt:6,搜「Inputs to sense with」)。原文把机器人核心拆成三条:感知输入(如距离传感器)、跑代码做决定的控制器、作用于环境的输出(如电机)。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring real-world robots」第 10 段(
text/16-fm-exploring-real-world-robots.txt:10,搜「form a feedback loop」)。原文:输出改变环境后,会绕回感知阶段,构成反馈回路,反映行动阶段的后果。 ↩ ↩2 -
出处:「Robots in industry」第 121 段(
text/17-fm-robots-in-industry.txt:121,搜「motors have encoders」)与同文件第 109 段(搜「feedback loops are formed」)。原文:扫地机电机带编码器所以知道走了多远;行驶时传感器与轮电机间形成反馈回路。 ↩ ↩2 ↩3 -
出处:「Looking at what's inside a robot」第 28 段(
text/18-fm-looking-at-what-s-inside-a-robot.txt:28,搜「ten types of components」)。原文列了十类:底盘、支撑轮、驱动轮、驱动电机、主扩展板、控制器、电源、传感器、人机交互设备、关节部件。 ↩ -
出处:「Looking at what's inside a robot」第 54 段(
text/18-fm-looking-at-what-s-inside-a-robot.txt:54,搜「block diagram」)。原文:方块图用简单形状表示连接方式的大意,可以只是草稿纸上的 sketch。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 6 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:6,搜「not a schematic」)。原文 Tip:方块图不是原理图、不是等比外观图,不展示真实电子连接,连线只给数据流的大意。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 3 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:3,搜「first step toward making」)。原文:从这张图才能发展出含电气连接、供电、硬件与空间需求的详细计划;画方块图是造机器人的第一步。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 20 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:20,搜「act on the world」)。原文:执行器是机器人作用于世界的部件,其功率可用信号调制以控制运动。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 62 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:62,搜「simplest motor in robotics」)。原文:直流电机用直流驱动,方向和速度由电压的方向与大小控制,转速与所需扭矩成正比关系。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 84 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:84,搜「speed reduction」)。原文:齿轮箱提供减速、增大可承受扭矩,这种机械优势提升了带动负载的能力;本书第 5、6 章使用这类减速电机。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 91 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:91,搜「position sensor and a built-in controller」)。原文:舵机 = 齿轮电机 + 位置传感器 + 内置控制器;控制器比较目标位置与实际位置反馈,输出让电机到位所需的功率。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 109 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:109,搜「coils powered in a sequence」)。原文:步进电机按顺序给线圈通电,每次步进一定角度;精确运动用它,但更慢、发热大、更重更贵。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 74 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:74,搜「rotating/twisting force」)。原文 Tip 对扭矩的定义与停转扭矩(stall torque)的说明。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 127 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:127,搜「Never connect DC motors」)。原文 Note:除舵机外所有电机都需要驱动硬件;绝不要把直流电机、步进电机或电磁铁直接接到 Raspberry Pi 上。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 21 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:21,搜「more sensor types」)。原文承认传感器种类太多,只挑常见好玩的讲。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 161 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:161,搜「notched wheels」)。原文:光电断续器检测光束被缺口轮打断的次数,以此测转速——这就是编码器。 ↩ -
出处:「Exploring different types of robot components」第 167 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:167,搜「the way bats navigate」)。原文:HC-SR04 用声脉冲测距,类似蝙蝠导航;受物体材质影响;要求控制器精确计时。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 173 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:173,搜「orientation of a robot」)。原文:IMU 用重力、磁场、旋转力检测机器人朝向,第 13 章细讲。 ↩ -
出处:「Summary」第 2 段(
text/20-fm-summary.txt:2,搜「90-degree range」)。原文:LD-07 用红外激光阵列在 90° 范围感知多点的距离,产出一串距离点;LiDAR 大多又大又贵,这款也难买。 ↩ ↩2 -
出处:「Summary」第 12 段(
text/20-fm-summary.txt:12,搜「sensitive to lighting conditions」)。原文:摄像头模组能让 Pi 拍照录像,但产数据很快(这是视觉的问题之一),且对光照敏感。 ↩ ↩2 -
出处:「Exploring different types of robot components」第 142 段(
text/19-fm-exploring-different-types-of-robot-components.txt:142,搜「connected phone」)。原文:许多机器人不带显示屏,靠连接的手机或笔记本显示状态;本书全程用手机控制并查看机器人状态。 ↩ -
出处:「Exploring real-world robots」第 27 段(
text/16-fm-exploring-real-world-robots.txt:27,搜「Cog from MIT」)。原文依次介绍 Cog、ASIMO、NAO、Valkyrie、Spot 五台(类人/类动物形)机器人及其传感输出配置。 ↩ -
出处:「Robots in industry」第 33 段(
text/17-fm-robots-in-industry.txt:33,搜「1956」)与第 47 段(搜「collaborative robot or cobot」)、第 64 段(搜「Ocado」)。原文:第一批有用的机器人 1956 年进工厂;YuMi 是协作机器人,可安全同人一起工作;Ocado 机器人集群在巨大仓库里存取杂货。 ↩ -
出处:「Robots in industry」第 13 段(
text/17-fm-robots-in-industry.txt:13,搜「headless by design」)与第 23 段(搜「23 cameras」)。原文:火星车按无头设计——坏了没人能带键盘屏幕上去修;Perseverance 带 23 台相机,头部相机簇用云台摆位;本书机器人同样无头、用舵机云台相机。 ↩ ↩2 ↩3 -
出处:「Looking at what's inside a robot」第 18 段(
text/18-fm-looking-at-what-s-inside-a-robot.txt:18,搜「full cycle」)。原文:爱好者学 NASA,而 Ingenuity 直升机的开源代码在 GitHub、零件来自爱好者商店 SparkFun——「这走了完整的一圈」;本书也会用 SparkFun 的零件。 ↩