我们今天将由玩家的角度出发，来聊聊可以由玩机器人身上学习到哪些知识。

当我们建造一只机器人，并让它能顺利依我们的要求，完成该负责的工作：接收环境讯息、判断决策并做出相对应的动作，不算是一件容易的事。这需要高度整合各领域的技术，包括工程（机械、电子、电机、计算机、仿生）、理学（数学和物理）和艺术（美学）等等。如果更进一步思考机器人和人类和自然环境间的互动，那么连心理和社会科学等知识，也会被涵盖在这个范围内。

当然，在短短的一篇文章中，很难详细介绍全部的内容。因此，我们将由组装过程中会接触到的工程知识开始说起，这至少包含：机械、电子、电机、计算机和仿生各领域的知识。

1. 机械（机构组装）

机械领域包含范围很广，像是：外观设计、结构设计、3D绘图、零件制作、手工具的使用等等，都可以归类在这个范围内。其中「机构组装」通常是我们在学习机器人时，最早期会接触到的领域。

以组装DIY套件为例，使用者首先面临的挑战就是机构的组装。多自由度的机器人使用的零件配件可能非常多，再加上常会遇到结构件的尺寸或对位不一定精准的状况，可能出现干涉或是尺寸有些微差异等问题。

组装常用的手工具

因此我们会需要使用手工具和简易的工具机加工，来修正这些零组件。而在安装过程中，我们也常常需要对配件的位置做微调，甚至重新安排配重。当然像是锁螺丝、去毛边、扩孔等等的动作，更是必备的基本技能。

正在进行机构组装的小玩家

2. 电机（电机控制）

电机控制在机器人的学习中，也扮演着重要的角色，其中包含了机器人的电力系统和制动器（伺服机／马达等）。

「制动器」学术一点的定义是将能量（一般而言，在机器人中大多使用电能）转换成物理运动的装置。讲白话文，就是可以让机器人动起来的装置，像是马达或伺服机。因为机器人往往需要执行各式各样的动作，因此，要为机器人选择正确的制动器，除了需了解坊间有那些装置可应用之外，还需要机器人设计师加入一些想象力，以及一些数学和物理的知识。

伺服机示意图

另外一个和电机控制相关的重要部分就是电力系统。像是怎么供电？需要多少时间充电？使用的电压电流是多少？以及电池的各种形式等知识，都会在组装过程中持续学习、累积。

机器人身上的可动关节，皆由不同的伺服机控制

3. 电子（电路串接）

当我们组装好机器人的结构和制动器之后，接下来就进入处理电子相关问题的阶段。

主控板与电路串接

在决定选用哪一张微控制板、马达控制板和合适的感知器后，电子相关的问题马上接踵而来，例如：电路板设计与测试方法？电压电流？什么是接脚？接脚功用是甚么？各式配件要接哪几只脚？怎么选择微处理器？所标注的规格是甚么意思？甚么是高电压／低电压？模拟及数字及相互转换？通讯协议又是什么？什么是UART？SPI？I2C？如果不是电子背景的玩家，在这个阶段很可能会被这些问题搞得头昏脑胀。

4. 计算机 (程序开发)

微控制板很多时候可被视为一台小计算机。机器人所经历的感知、判断和执行三大步骤，这样的架构本身就是计算机技术的延伸。其中用来控制机器人的程序代码，更被视为机器人的灵魂。程序编写通常是制作机器人的最后一个步骤，然而若少了这个步骤，机器人将只会是一个精致而昂贵的模型。

目前坊间有许多程序语言，可用于微控制器的程序编写，像是：汇编语言、C/C++、JAVA、Python和Processing(Arduino)等等。在选择微控制器时，一定要特别注意它使用的语言；错误的选择很可能会影响未来机器的程序开发过程的痛苦指数，以及其兼容和扩充性。

另一方面，就是要特别注意微控制板商所提供的人机编辑接口，因为好的接口可以节省玩家非常可观的学习和开发时间。

人机界面示意图

5. 仿生（仿生运动）

仿生学（Bionics）这个名词来源于希腊文「Bio」，意思是「生命」，字尾「nic」有「具有……的性质」的意思。仿生学主要是观察、研究和模拟自然界生物各种特殊本领的一门科学，它着重于了解生物的结构和功能原理，并利用这些原理，来研制新的机械和技术，或解决机械技术的难题。

仿生学在机器人中，最常被应用的就是让机器人移动的方法。为了让机器人执行任务，「如何让机器人本体移动」是一个非常重要的课题。这样的需求，除了采用机械移动方式，像是轮子或是履带之外，另一个普遍应用的方法，就是师法地球上各类可以自由移动生物的移动方式。

在自然界中，常见的生物的移动方式，至少包含下列数种：双足移动（例如：人类、企鹅）、四足移动（狗、豹）、六足移动（昆虫）、八足移动（蜘蛛）、腹足移动（蛇）、跳耀移动（袋鼠、跳蚤）、飞行（鸟类、昆虫）、水中移动（鱼类、有蹼动物）等等。而最让人兴奋的是，上述所有的移动方式，目前都已经有相关的机器人被实验室和研究机构开发出来了。

小结

机器人是一门高度整合工程、理学和艺术的科学。我们在本文中以玩家的角度出发，分享一些可由机器人身上接触到工程领域（机械、电机、电子、计算机和仿生）的知识。您若是对任何一个领域产生兴趣，想要进一步学习，拜网络科技所赐，随时都可以在网络上和社群论坛中，找到更广泛且更深入的相关讯息。

作者：阿里哥

原文参考

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0MTg0ODIzNA==&mid=2247484689&idx=3&sn=6f7bb768ef1a8cbc771378de0a51f257&chksm=fb22e2d4cc556bc224c04dfd2a2bc7f07cc8fcb81c1f568ae8e91736de7df37c24e298f38007#rd