機器人輪式行走裝置的設計

1. 我想做一個輪式的機器人，他的功能很簡單，能跟著特定的人保持一定距離跟著走，，然後我可以通過手機進行

三、機器人輔助教學(RAI)

(一)機器人輔助教學的定義、特點和作用

1機器人輔助教學的定義

機器人輔助教學是指師生以機器人為主要教學媒體和工具所進行的教與學活動。與機器人輔助教學概念相近的還有機器人輔助學習(Robot-Assisted Learning，簡稱RAL)，機器人輔助訓練(Robot-Assisted Training，簡稱RAT)，機器人輔助教育(Robot-Assisted Ecation，簡稱RAE)，以及基於機器人的教育(Robot-Based Ecation，簡稱RBE)。

RAL強調用機器人幫助「學」的方面甚於「教」的方面。強調以學習者為中心，主動幫助學習者建立良好的學習環境，提供優化的學習策略；強調個別化的學習指導與幫助。

RAT強調用機器人幫助訓練學習者的技能，鞏固學習成果。包括機器人在學習技能、生活技能、工作技能訓練中的各種應用。

RAE強調用機器人幫助教師進行教學活動以提高教學效率，強調用機器人幫助開展政治思想、倫理道德教育。

RBE的涵義豐富，涵蓋機器人在教育中的各種應用，包括RSI、RAI、RMI、RRR、RDI。

2機器人輔助教學的特點

(1)智能化。機器人輔助教學系統具有智能識別、自主判斷、優化決策等功能，能自主建構學習環境，實施個性化的因材施教。

(2)自動化。機器人輔助教學系統能在外界干預少的情況下全自動運行。

(3)人性化。教學機器人一般具有人性化的圖像識別、語音識別與合成、邏輯推理、知識記憶等功能，能與師生進行多種語言符號的對話。

(4)自學習性。機器人輔助教學系統本身具有一定的自學能力，能不斷更新學習者特徵庫，跟蹤學習過程，記錄學習情況，以便不斷調整教學策略，提高教學水平。

(5)可控性。可以對教學機器人的知識庫、推理機、決策器、解釋器等模塊進行預設，通過編程式控制制與外表裝飾，使教學機器人具有溫柔型、睿智型、幽默型、活潑型等可供選擇的人性化特徵類型。

(6)可移動性。教學機器人可以採用輪式、履帶式，甚至步行式機械移動裝置，改變其在教學中的站位與角度，以獲得最佳的傳播效果。還可搬運、操作多種實驗儀器，代替教師、學生進行一些風險較大的實驗演示。

3機器人輔助教學的作用

(1)從社會學角度看，機器人在教學系統這個微型社區中可以扮演教師、學習夥伴、助手等多個角色，承擔相應的任務，發揮相應的作用：

·充當教師。教學機器人可以像學識淵博、觀察細致、才思敏捷、誨人不倦的教師那樣，從事知識傳授、答疑解惑、學習指導、訓練技能等工作。

·充當學習夥伴。教學機器人可以扮演與學生友好合作、平等競爭、相互啟發、共同探索的學習夥伴及競爭對手，使學生在合作與競爭中獲得激勵與進步。

·充當助手。機器人可以充當教師備課與科研的助手，學生寫作、閱讀、思考、實驗的助手，幫助搜集、整理、傳遞有關信息，提高教與學的工作效率。

(2)從傳播學角度看，機器人輔助教學可以使教學信息的傳播產生質的升華：

·極大擴充傳者的知識面。教學機器人貯存的知識庫以及所連通的網際網路，可以集成全人類的智慧，這是任何優秀教師個人都無法媲美的。

·降低受者的學習負擔。教學機器人可以成為學習夥伴與助手，替代學生記筆記、整理資料與貯存課堂信息，減輕學習者機械勞動之苦。

·信息編碼數字化。教學機器人將所有視、聽、觸信息數字化編碼後，貯存在電腦資料庫中，並能非線性迅速提取、傳遞與使用。

·信息解碼自動化。教學機器人可利用模式識別技術對語音、文字、圖像自動識別與翻譯。

·信道多樣化。機器人輔助教學系統的信息傳播通道有視通道、聽通道、觸通道，以及寬頻網路信號傳輸通道等。

·反饋調控智能化。教學機器人具有豐富的人機對話、高速的數據處理、智能化的推理、決策與優化控制功能，使得教學系統的反饋調控智能化。

·自動分析與排除干擾作用。教學機器人具有的信息過濾與凈化功能，能自動排除各種干擾因素，提高信息傳播質量。

(3)從教育心理學角度看，機器人輔助教學可發揮如下幾個方面的作用：

·激發興趣。機器人輔助教學能激發學生的好奇心、上進心，並產生濃厚的學習興趣。

·促進感知。機器人輔助教學能突出感知對象，拓展感知通道，促進多感官的協同作用，提高感知效果。

·加深理解。學生通過與機器人的多維度對話，可對知識與技能的掌握情況進行自我檢測，查漏補缺，從而提高比較、分析、判斷、歸納能力，提高理解的深度與准確性。

·鞏固記憶。機器人輔助教學可以增加學生對知識技能的識記、保持、再認、回憶的方式，提高記憶效果。

·綜合運用。機器人輔助教學能為學生綜合運用所學知識技能提供新的平台與途徑。

然而，機器人輔助教學並不是萬能的，其局限性與負面影響依然存在。對此，我們必須保持清醒的認識。

(二)機器人輔助教學系統的類型與組成

1機器人輔助教學系統的類型

(1)按形態分，有人形機器人輔助教學系統和非人形機器人輔助教學系統。人形機器人輔助教學系統由人形(或類人形)機器人承擔輔助教學任務，有較熟悉的交互界面，師生在與機器人的對話中，心理障礙較少。非人形機器人輔助教學系統可以是動物形，或者器物形，使用較簡便、有趣。

(2)按移動性能分，有活動型機器人輔助教學系統與固定型機器人輔助教學系統。前者的活動方式有平移、轉動、走動以及其他復雜運動。其優勢在於教學中具有較大的靈活性。後者的安裝、使用與維護一般較簡便，常裝備在智能化教室中。例如，可以將機器人的眼睛(攝像機)、耳朵(拾音器)、口(喇叭)裝在教室四周甚至課桌上，將機器人的大腦(電腦)裝在講台內，將電子白板掛在講台前，將預先編制的課程計劃、課程內容存在電腦中，從而使整個教室變為一個機器人教學系統。

(3)按智能水平分，有編程式控制制型機器人輔助教學系統和智能自控型機器人輔助教學系統。前者能感知外界的部分信息，通過人機對話，能按預先編制的教學程序選擇教學策略進行教學，是計算機輔助教學(CAI)的一種延伸。後者能主動辨識學習者特徵，能與師生進行自然語言的有聲對話，能自主確定教學策略，具有較強的推理與決策能力。

(4)按適用范圍分，有通用型機器人輔助教學系統與專用型機器人輔助教學系統。前者具有較廣泛的適應能力、較大的知識庫、較一般的外在形象，多用於學校公共課的教學。後者則具有較強的針對性與專業特色，多用於專業教學或特定對象的個別教學。

(5)按功能分，有主講型機器人輔助教學系統、輔導機器人輔助教學系統、訓練型機器人輔助教學系統、情感型機器人輔助教學系統。主講型機器人具有較強的語言表達能力，能講述、講解、講讀、講演教學內容。輔導型機器人具有較強的思辨能力，能准確理解師生提出的各種問題，幫助求解，給予正確的提示、啟發、誘導乃至給出答案。訓練型機器人多用於訓練學生的某種技能，訓練過程中特別注意及時反饋與強化。情感型教學機器人能理解與表達某些情感，能對師生給予某些關愛，特別適合於對學生的心理疾病進行矯治，以及進行思想道德教育。

2機器人輔助教學系統的組成

機器人輔助教學系統的基本組成可分為以下八個部分。

(1)感覺系統。包括視覺、聽覺、觸覺、位移覺、接近覺感測器及其附屬組件。每種感測器上都配有模數轉換部件，以便將採集到的各種模擬量轉換成計算機能處理的數字量。其中，視覺系統要求能攝取師生的形象特徵；聽覺系統要求能拾取師生的聲音特徵；觸覺系統主要用於判斷機器人與外界物接觸的力度(壓覺)、光滑度(滑覺)，以便用它來感測物體搬運及各種操作的情況；位移覺主要用於判斷機器人的位置移動情況，以便精確定位；接近覺用於判斷一定范圍內是否有其他物體存在，以便使機器人在移動時能避開障礙物，提高安全性能。

(2)運算、推理、決策系統。這是機器人輔助教學系統的神經中樞。要求能進行數字運算、邏輯運算、模糊運算及神經運算，具有歸納、演繹推理能力，能根據系統目標、環境狀況、自身條件等因素進行高級求解與決策。

(3)專家知識庫系統。該系統可採用分布式、協同式結構，將與各科課程有關的知識以素材單元或微教學單元的形式積聚成庫。該知識庫應對知識單元的難度、適用對象、相關知識等加以表徵。為了使該庫不斷更新，應使其具有自主學習與智能搜索能力。

(4)教學策略庫系統。該系統應具有下列智能特徵：能診斷、評價學生的學習情況與教學目標的達成難易，並根據教學內容特徵，自動選擇教學策略、模式與方法，自動調整教學進度，自動生成各種問題與練習，自動解決問題生成答案。

(5)學生特徵庫系統。該系統建有多種學生模型，在運行過程中，能不斷將學生的形象特徵、知識特徵、能力特徵、學習過程特徵、學習需求特徵等特徵參數提取、貯存，以便針對學生情況因材施教。在建庫時還應注意區分共有特徵與個體特徵，以免學生特徵庫過於龐雜。建構學生模型的方法主要有覆蓋法、差錯法、規劃法、學習歷史法等。

(6)運動系統。該系統包括動力子系統、機械子系統、定位子系統，能使機器人整體運動與各部件活動，還具有支持自身重量與平衡以及精確定位等功能。

(7)輸出系統。該系統包括顯示子系統、列印子系統、語音合成(說話)子系統、網路介面子系統乃至表情動作等體態語輸出子系統等。藍牙(Bluetooth)技術在該系統中將發揮重要作用。

(8)協調、控制與安全系統。該系統具有並行處理、整體協調、實時控制、安全保護等功能。其核心職能是解決機器人輔助教學系統內外的各種沖突。

(三)機器人輔助教學的過程與模式

1機器人輔助教學的過程

機器人輔助教學的基本過程可分為三個階段：准備階段、實施階段、總結階段。教師、學生、機器人在這三個階段都有著各自的任務和職能，見下表。

2機器人輔助教學的主要模式

(1)機器人模擬教學模式

該模式利用機器人模擬自然科學或社會科學的某些規律，產生各種與現實世界相類似的現象，供學生觀察，幫助學生認識(發現)和理解這些規律與現象的本質。其具體應用類型有：演示模擬、操作模擬、過程模擬等。

該模式在有關人體結構、功能與行為的學科教育中有較廣泛的應用。例如，英國布里斯托爾醫療模擬中心的醫生利用機器人模擬「病人」，進行了診斷治療操作的輔助教學。該模擬型機器「病人」體內充滿電子元件與管路，能模擬脈搏、心跳、呼吸、血液循環、排尿等人體現象，可進行葯物注射，並對其他治療作出反應。

(2)機器人個別輔導模式

現代社會是一個張揚人性的時代。充分尊重學習者的個性是現代教育得以有效實施的前提。批量化的班級教學與大面積的廣播教學，也無不以個別化學習為基礎。機器人個別輔導模式發揮了機器人的並行處理與多樣化設置的優勢，使每一位學習者都能得到度身定製的學習指導。

機器人個別輔導模式可用於下面幾種情況：

·微型機器人個別輔導。微型機器人以其重量輕、體積小、攜帶方便等優勢，使學習者可以隨時隨地穿戴或攜帶它，在任何時候都可以得到學習幫助。

·家庭機器人個別輔導。在嬰幼兒教育、中小學生課外教育以及成人自學教育中，家庭機器人可以擔負起「家庭教師」的職責。

·軟體機器人個別輔導。軟體機器人存在於電腦及網路中，可對每個學習者的學習情況進行跟蹤記錄與分析，實施個別化的學習咨詢與指導。

(3)機器人輔助訓練模式

在各種技能技巧的教學訓練中，教師往往要做大量重復性的操作示範，其人力消耗較大。採用機器人做操作示範，可以使教師從疲勞泛味的勞動中解放出來，可節省教師工資成本。

機器人輔助訓練模式在各級各類教育中都有適用領域。例如，體育運動、舞蹈、繪畫、唱歌等動作技巧的訓練示範與指導中可採用機器人，機器設備使用技能、醫療手術技能的訓練中也可採用機器人。

(4)機器人游戲教學模式

機器人游戲教學可以創設一種富有趣味性和競爭性的教學環境，激發學生的學習動機，使學生在富有教育意義而且教學目標明確的游戲活動中學習知識、掌握技能、培養良好的心理素質。

機器人游戲教學中應注意：一是游戲內容必須與教學內容有關，游戲主題思想必須積極、健康。二是游戲規則中應包含所要達到的教學目標。三是可以讓機器人扮演競爭者及裁判者角色。四是要提出明確的競爭目標、游戲時間。游戲應在有限的時間內達到目標狀態，而不能無休止地持續下去。

(5)機器人遠程教學模式

該模式注重發揮機器人的通訊、交互、並行處理與資料庫功能，在網上論壇、網上圖書館、網上BBS(電子公告板)的教育應用中，機器人可發揮較大作用。

機器人用於遠程教學，一方面可以提高遠程教學的智能化水平，另一方面可望通過建立遠程學生模型特徵庫，同時對多名學習者實施個別化教學，從而完成以往教師難以完成或無法完成的許多工作。

此外，還有機器人輔助講授模式、機器人輔助聽課模式、機器人輔助求解模式，等等，不一一贅述

2. 收集的幾種連桿機構：機器人行走背後的機械原理（二）

克蘭連桿機構是一個六桿機構，相對於四桿的切比雪夫機構有著更好的受力性能。其一般被用作仿生蜘蛛，擁有急回特性。

1、單個克蘭連桿

2、四腿行走機構（四個克蘭機構）

3、六腿行走機構（六個克蘭機構）

使用樂高積木搭建的Trotbot腿機構機器人

在國外網站上搜到的大型Trotbot腿機構的機器人

Make雜志網站 https://makezine.com/2017/01/12/lego-trotbot/

6腿Ghassaei行走機構

是由Jansen發明的，用於模擬平穩行走，Jansen利用這種連桿製造了著名的海灘巨獸，這種連桿兼具美學價值和技術優勢，通過簡單的旋轉輸入就可模仿生物行走運動，這種連桿已經用於行走機器人和步態分析。圖為單個Jansen 連桿機構。

2腿Jansen行走機構

4腿Jansen行走機構

6腿Jansen行走機構

瑟·嚴森（Theo Jansen）

出生於1948年，荷蘭動能藝術家。瑟·嚴森求學於代爾夫特理工大學物理系，後轉為學習繪畫。20世紀80年代因「飛行UFO項目」成名。20世紀90年代開始「海灘野獸」系列動能藝術項目，在世界各地做展。嚴森上世紀70年代畢業於荷蘭的代爾夫特理工大學物理系。那時正值「嬉皮士年代」，深受嬉皮士文化影響的嚴森開始轉行學習藝術。20世紀80年代末，他開始給一家雜志社寫專欄，每天都要嘗試用不同的眼光來看待世界，尋找看現實的新穎的角度。「海灘怪獸」最初就出現在他的筆下。他構思了這樣一個動物，一個能夠在海灘上獨立生存的簡單「生物」。對於「海灘怪獸」，嚴森最初的想法是建造一些能夠採集沙子，搭建沙丘的機器人，這樣，當海平面上升時，這些機器人就可以拯救人類不被海水淹沒。半年後，他開始利用塑料管建造這些「怪獸」。

楊森採用平凡的PVC等材料，通過精確運算，近30年，幾乎以一己之力，在荷蘭海邊反復實驗，創造出自行撲食、運動的新生命體。他的行動呈現出個體的想像力與可能性。科學的藝術性，感性與理性的均衡。引發人們重新反思對恆心，或者說對意義與生命和時間的理解。也對已有的知識和概念提供了革命性的新視角。對於生物學、宗教和藝術都拓展出新的疆域。對於如何作出生活選擇、理解自我和自然、衡量追求理想的心態等處世態度，做出了具有啟示性的貢獻。

荷蘭海灘怪獸的Jansen行走機構

這些「怪獸」的「細胞」不過是一些簡單的黃色塑料管，頂多就加上一個「腦袋」———一個塑料檸檬汁瓶子。

在它們的身體中央，往往帶有一個可轉動的「脊椎」。「脊椎」轉動能牽動每根腳趾，並引起一系列復雜運動。這其中最關鍵的就是12根決定腳趾運動方式的塑料管。不同的「怪獸」，這些塑料管的間距也不同，將這些間距標注出來，能得到11個數字。嚴森將其看成是怪獸的基因。「這些基因符號是11個數字。我將之稱為11個神聖的數字。」嚴森說。

怪獸的「腿」和「腳」如同車輪，它們也由塑料管搭建。「和普通的車輪一樣，車輪的軸停留在同一水平線上，髖關節也停在同一水平線上。」

怪獸還有各種「器官」，讓它可以躲避天敵和環境的危險。「鼻子」就是這樣一個設置。平時，怪獸都走在柔軟溫濕的海灘上，鼻子對著風的方向，當遇到海水或乾的沙子的時候，它便會立刻停下來反方向行走。海灘上最大的危險就是海水，「它們很容易被淹死」，嚴森笑說。他給「海灘怪獸」們增添了感知海水的能力，所謂的感應器也不過就是一個小瓶。連接小瓶的管道平時觸地吸入空氣，但一旦吸入水時就會排斥，發出呲呲的聲音，這就是遇到危險的警告，怪獸便會立即掉頭回去。當暴風雨來臨時，大風會驅動鼻子像打樁機一樣打樁，將整個身體都固定在沙子里，以防被風暴吹走。

神經組織類似計算機

「怪獸」的大腦是由「神經細胞」———檸檬汁小瓶組成的。這大腦雖然簡單，可運作基本原理卻和計算機一樣。計算機依靠電流的有無進行2進制的運算，對「怪獸」來說，空氣扮演了電流的角色。有風吹過時，小瓶感受到壓力，無風的時候，則沒有壓力。

依靠這個因素，「怪獸」的「大腦」也在進行著2進制的運算。嚴森說，今後這些「怪獸」還可以演化出「測時」機制，與海潮漲落同期進行。這樣，它們就可以知道什麼時候海潮會來，可以及時躲到沙丘里去。

因為可以進行2進制的計算，「怪獸」的「大腦」中還帶有一個步伐計數器，可以計算走了幾步，感知自己面對大海的方位，為自己勾畫出「世界」的形象。

嚴森說，人類對世界的認知是十分復雜的，但對於「海灘怪獸」來說，認知卻極其簡單———一側是海洋，一側是沙丘。這么一來，如此簡陋的「神經細胞」一樣可以運作良好。

在一些怪獸身上，還帶有簡單的「胃」，可以儲存風能。一旦風停了，又正好遇到漲潮，這些剩餘的風能足夠驅動怪獸逃回沙丘避難。「這些怪獸是按照基因解碼演化的族群，有優勢的基因就會復制繁衍下來。」嚴森稱，因為這些怪物的設計是按照基因演算法而來的。因此，最成功的家族成員們在今後會將基因符號延續下去。

Jansen行走機構的動能藝術

作為學科學出身的嚴森，他的頭腦中先行產生了很多關於生命思考的理論，如對稱性、繁殖、進化順序等等，這背後都有著一系列的機械原理，將其運用到藝術創作中來，就成為了一種特殊的藝術形式：「動能藝術」。嚴森已經完成了「海灘怪獸」構想中的最基本功能，如獨立行走，躲避天敵，繁衍生命，隨著演化的進行，這些怪獸越來越得以離開人的幫助，生存技巧越來越強，嚴森在主頁上寫道：「我希望有一天這些動物可以在海灘上成群生活，過自己的日子。」 

Theo Jansen發明的海灘怪獸身上最重要的部位，就是它們的「仿生腿」（Jansen 連桿機構）。在經歷過無數次對動物的行走姿態觀察，與上萬次的電腦測算之後，泰奧·楊森終於找到了一個最優的方案，讓這些軟管構架起來的怪獸腿部，可以以最高效的姿態模仿動物的腿部進行行走。這樣的「仿生腿」，最重要的是要確保最下端的足部，在行走的環節保持相當長一段時間的勻速直線。

每一隻「仿生腿」，都又是利用了基本的三角桁架結構，還有黃金比例的幾何學。

泰奧·揚森把實驗後所得的比例稱為「13個神聖數字」。而這13這個數值指的就是腳上每個關節骨架的長度，他們之間相對應的比例關系讓整體行動起來流暢自如。

Theo Jansen 的工作間

3. 機器人獨立行走需要哪些感測器及設計模塊包含哪些

感知系統是機器人能夠實現自主化的必須部分。這一章，將介紹一下移動機器人中所採用的感測器以及如何從感測器系統中採集所需要的信號。 根據感測器的作用分，一般感測器分為： 內部感測器（體內感測器）：主要測量機器人內部系統，比如溫度，電機速度，電機載荷，電池電壓等。 外部感測器（外界感測器）：主要測量外界環境，比如距離測量，聲音，光線。 根據感測器的運行方式，可以分為： 被動式感測器：感測器本身不發出能量，比如CCD，CMOS攝像頭感測器，靠捕獲外界光線來獲得信息。 主動式感測器：感測器會發出探測信號。比如超聲波，紅外，激光。但是此類感測器的反射信號會受到很多物質的影響，從而影響准確的信號獲得。同時，信號還狠容易受到干擾，比如相鄰兩個機器人都發出超聲波，這些信號就會產生干擾。 感測器一般有以下幾個指標： 動態范圍：是指感測器能檢測的范圍。比如電流感測器能夠測量1mA－20A的電流，那麼這個感測器的測量范圍就是10log（20/0.001)=43dB. 如果感測器的輸入超出了感測器的測量范圍，那麼感測器就不會顯示正確的測量值了。比如超聲波感測器對近距離的物體無法測量。 解析度：解析度是指感測器能測量的最小差異。比如電流感測器，它的解析度可能是5mA，也就是說小於5mA的電流差異，它沒法檢測出。當然越高解析度的感測器價格就越貴。 線性度：這是一個非常重要的指標來衡量感測器輸入和輸出的關系。 頻率：是指感測器的采樣速度。比如一個超聲波感測器的采樣速度為20HZ，也就是說每秒鍾能掃描20次。 下面介紹一下常用的感測器： 編碼器：主要用於測量電機的旋轉角度和速度。任何用電機的地方，都可以用編碼器來作為感測器來獲得電機的輸出。

4. 輪式移動機器人的工作原理

後輪驅動。智能輪式移動機器人嵌入式控制系統設計，該系統設計的輪式移動機器人機械導航結構採用四輪差速轉向式的機械機構，前面兩個輪是隨動輪，起支撐作用，後面兩個輪是驅動輪，由兩台同步電機驅動，移動機器人以PC機作為上位機，利用攝像頭對機器人的自身位置和外部環境進行分析，建立環境地圖，進行路徑規劃。

5. 收集的幾種連桿機構：機器人行走背後的機械原理（一）

機器人概念已經紅紅火火好多年了，目前確實有不少公司已經研製出了性能非常優越的機器人產品，我們比較熟悉的可能就是之前波士頓動力的「大狗」和會空翻的機器人了，還有國產宇樹科技的機器狗等，這些機器人動作那麼敏捷，背後到底隱藏了什麼高科技呢，控制技術太過復雜，一般不太容易了解，不過其中的機械原理倒是相對比較簡單，大部分都是一些連桿機構。

連桿機構（Linkage Mechanism）

又稱低副機構，是機械的組成部分中的一類，指由若干（兩個以上）有確定相對運動的構件用低副（轉動副或移動副）聯接組成的機構。低副是面接觸，耐磨損；加上轉動副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面，製造簡便，易於獲得較高的製造精度。

由若干剛性構件用低副聯接而成的機構稱為連桿機構，其特徵是有一作平面運動的構件，稱為連桿，連桿機構又稱為低副機構。其廣泛應用於內燃機、攪拌機、輸送機、橢圓儀、機械手爪、牛頭刨床、開窗、車門、機器人、折疊傘等。

主要特徵

連桿機構構件運動形式多樣，如可實現轉動、擺動、移動和平面或空間復雜運動，從而可用於實現已知運動規律和已知軌跡。

優點：

（1）採用低副：面接觸、承載大、便於潤滑、不易磨損，形狀簡單、易加工、容易獲得較高的製造精度。

（2）改變桿的相對長度，從動件運動規律不同。

（3）兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。

（4）連桿曲線豐富，可滿足不同要求。

缺點：

（1）構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。

（2）產生動載荷（慣性力），且不易平衡，不適合高速。

（3）設計復雜，難以實現精確的軌跡。

網路的相關詞條圖片如下

下面我們就看看一般都有什麼連桿機構適於用於行走（或者移動）的。

平面四桿機構是由四個剛性構件用低副鏈接組成的，各個運動構件均在同一平面內運動的機構。機構類型有曲柄搖桿機構、鉸鏈四桿機構、雙搖桿機構等。

1、曲柄搖桿機構（Crank rocker mechanism ）

曲柄搖桿機構是指具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構。通常，曲柄為主動件且等速轉動，而搖桿為從動件作變速往返擺動，連桿作平面復合運動。曲柄搖桿機構中也有用搖桿作為主動構件，搖桿的往復擺動轉換成曲柄的轉動。曲柄搖桿機構是四桿機構最基本的形式 。主要應用有：牛頭刨床進給機構、雷達調整機構、縫紉機腳踏機構、復擺式顎式破碎機、鋼材輸送機等。

2、雙曲柄機構（Double crank mechanism ）

具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。其特點是當主動曲柄連續等速轉動時，從動曲柄一般做不等速轉動。在雙曲柄機構中，如果兩對邊構件長度相等且平行，則成為平行四邊形機構。這種機構的傳動特點是主動曲柄和從動曲柄均以相同的角速度轉動，而連桿做平動。

雙曲柄機構類型分類

【1】不等長雙曲柄機構

說明：曲柄長度不等的雙曲柄機構。

結構特點：無死點位置，有急回特性。

應用實例：慣性篩

【2】平行雙曲柄機構

說明：連桿與機架的長度相等且兩曲柄長度相等、曲柄轉向相同的雙曲柄機構。

結構特點：有2個死點位置，無急回特性。

應用實例：天平

【3】反向雙曲柄機構

說明：連桿與機架的長度相等且兩曲柄長度相等、曲柄轉向相反的雙曲柄機構。

結構特點：無死點位置，無急回特性。

運動特點：以長邊為機架時，雙曲柄的回轉方向相反；以短邊為機架時，雙曲柄回轉方向相同，兩種情況下曲柄角速度均不等。

應用實例：汽車門啟閉系統

3、鉸鏈四桿機構（Hinge four-bar mechanism）

鉸鏈是一種連接兩個剛體，並允許它們之間能有相對轉動的機械裝置，比如門窗用的合頁，就是一種常見的鉸鏈。由鉸鏈連接的四連桿就叫鉸鏈四桿機構。所有運動副均為轉動副的四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，它是平面四桿機構的基本形式，其他四桿機構都可以看成是在它的基礎上演化而來的。選定其中一個構件作為機架之後，直接與機架鏈接的構件稱為連架桿，不直接與機架連接的構件稱為連桿，能夠做整周回轉的構件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內往復擺動的構件稱為搖桿。如果以轉動副連接的兩個構件可以做整周相對轉動，則稱之為整轉副，反之稱之為擺轉副。

鉸鏈四桿機構可以通過以下方法演化成衍生平面四桿機構。

（1）轉動副演化成移動副。如引進滑塊等構件。以這種方式構成的平面四桿機構有曲柄滑塊機構、正弦機構等。

（2）選取不同構件作為機架。以這種方式構成的平面四桿機構有轉動導桿機構、擺動導桿機構、移動導桿機構、曲柄搖塊機構、正切機構等。

（3）變換構件的形態。

（4）擴大轉動副的尺寸，演化成偏心輪機構 。

4、雙搖桿機構（Double rocker mechanism）

雙搖桿機構就是兩連架桿均是搖桿的鉸鏈四桿機構，稱為雙搖桿機構。 機構中兩搖桿可以分別為主動件。當連桿與搖桿共線時，為機構的兩個極限位置。雙搖桿機構連桿上的轉動副都是周轉副，故連桿能相對於兩連架桿作整周回轉。

雙搖桿機構的兩連架桿都不能作整周轉動。三個活動構件均做變速運動，只是用於速度很低的傳動機構中 。雙搖桿機構在機械中的應用也很廣泛，手動沖孔機，就是雙搖桿機構的應用實例，比如說吧飛機起落架，鶴式起重機和汽車前輪轉向機構都是雙搖桿機構。

判別方法

1.最長桿長度+最短桿長度 ≤ 其他兩桿長度之和，連桿（機架的對桿）為最短桿時。

2. 如果最長桿長度+最短桿長度 >其他兩桿長度之和，此時不論以何桿為機架，均為雙搖桿機構。

5、連桿機構的理論應用

動力機的驅動軸一般整周轉動，因此機構中被驅動的主動件應是繞機架作整周轉動的曲柄在形成鉸鏈四桿機構的運動鏈中，a、b、c、d既代表各桿長度又是各桿的符號。當滿足最短桿和最長桿之和小於或等於其他兩桿長度之和時，若將最短桿的鄰桿固定其一，則最短桿即為曲柄。若鉸鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和小於或等於其餘兩桿長度之和，則

a、 取最短桿的鄰桿為機架時，構成曲柄搖桿機構；

b、 取最短桿為機架時，構成雙曲柄機構；

c、 取最短桿為連桿時，構成雙搖桿機構；

若鉸鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和大於其餘兩桿長度之和，則無曲柄存在，不論以哪一桿為機架，只能構成雙搖桿機構。

急回系數

在曲柄等速運動、從動件變速運動的連桿機構中，要求從動件能快速返回，以提高效率。即k稱為急回系數。曲柄存在條件參考圖 

壓力角

如圖中的曲柄搖桿機構，若不計運動副的摩擦力和構件的慣性力，則曲柄a通過連桿b作用於搖桿c上的力P，與其作用點B的速度vB之間的夾角α稱為搖桿的壓力角，壓力角越大，P在vB方向的有效分力就越小，傳動也越困難,壓力角的餘角γ稱為傳動角。在機構設計時應限制其最大壓力角或最小傳動角。

死點

在曲柄搖桿機構中，若以搖桿為主動件，則當曲柄和連桿處於一直線位置時，連桿傳給曲柄的力不能產生使曲柄回轉的力矩，以致機構不能起動，這個位置稱為死點。機構在起動時應避開死點位置，而在運動過程中則常利用慣性來過渡死點。

6、平面四桿機構一些案例

切比雪夫連桿機構其實是和霍肯連桿機構是屬於同一種形式的四連桿機構，其軌跡點都是在連桿兩端誰在的直線上。霍肯連桿機構的軌跡點是在兩端點連線的延伸線上，而切比雪夫連桿機構的軌跡點是在兩端點連線的中間。如下：

切比雪夫連桿機構的動態演示

1、切比雪夫（1821~1894）

俄文原名Пафну́тий Льво́вич Чебышёв，俄羅斯數學家、力學家。切比雪夫在概率論、數學分析等領域有重要貢獻。在力學方面，他主要從事這些數學問題的應用研究。他在一系列專論中對最佳近似函數進行了解析研究，並把成果用來研究機構理論。他首次解決了直動機構（將旋轉運動轉化成直線運動的機構）的理論計算方法，並由此創立了機構和機器的理論，提出了有關傳動機械的結構公式。他還發明了約40餘種機械,製造了有名的步行機（能精確模仿動物走路動作的機器）和計算器，切比雪夫關於機構的兩篇著作是發表在1854年的《平行四邊形機構的理論》和1869年的 《論平行四邊形》。

理論聯系實際是切比雪夫科學工作的一個鮮明特點。他自幼就對機械有濃厚的興趣，在大學時曾選修過機械工程課。就在第一次出訪西歐之前，他還擔任著彼得堡大學應用知識系(准工程系)的講師。這次出訪歸來不久，他就被選為科學院應用數學部主席，這個位置直到他去世後才由李雅普諾夫接任。應用函數逼近論的理論與演算法於機器設計，切比雪夫得到了許多有用的結果，它們包括直動機的理論、連續運動變為脈沖運動的理論、最簡平行四邊形法則、絞鏈杠桿體系成為機械的條件、三絞鏈四環節連桿的運動定理、離心控制器原理等等。他還親自設計與製造機器。據統計，他一生共設計了40餘種機器和80餘種這些機器的變種，其中有可以模仿動物行走的步行機，有可以自動變換船槳入水和出水角度的劃船機，有可以度量大圓弧曲率並實際繪出大圓弧的曲線規，還有壓力機、篩分機、選種機、自動椅和不同類型的手搖計算機。他的許多新發明曾在1878年的巴黎博覽會和1893年的芝加哥博覽會上展出，一些展品至今仍被保存在蘇聯科學院數學研究所、莫斯科歷史博物館和巴黎藝術學院里。

2、切比雪夫連桿機構經常被用於模擬機器人的行走

根據公式i=3n-2m

(n為活動構件數目，m為低副數目)

可得自由度i=1

3、切比雪夫連桿機構被廣泛運用在機器人步態模擬上，從動圖上也能看出，它的軌跡底部較為平穩，步態方式非常像四足動物，收腿動作有急回特性。根據下圖WORKING MODEL模擬分析可得，在X軸上，也能看出它的急回特點。

4、嵌入汽缸的切比雪夫直線機構的運動

動圖 

5、使用切比雪夫連桿機構的行走桌子

常見到有人遛狗溜貓，但你絕對沒見過人溜桌子的，拜荷蘭設計師Wouter Scheublin的腦洞所賜，荷蘭人民倒是有幸見到過這一奇葩景象，有人推著一張桌子在路上行走，而有著八條腿的桌子就運動著自己的腿，走的蹭蹭蹭的，場景怪異中帶著搞笑，讓人印象深刻。那麼桌子是怎麼行走的呢？其實並沒有用上什麼高科技，它只是通過精細的機械傳動機構動起來而已。設計師受到俄羅斯數學家切比雪夫的理論啟發，並將它應用到桌子中，所以這張160斤重的桌子輕輕推拉就能走，而且走的異常平穩，不比輪子差。

每條桌腿與桌板之間，都採用精細的木質結構打造。當用手推動桌子時，給力的一方會使桌腿不斷前進，通過力臂的搖擺和連接處木質結構，會把力傳遞到對面的桌腿使之向前移動，然後桌子就能滿街跑了。

6. 一台移動的小型機器人有哪些結構

到目前為止，地面移動機器人的行駛機構主要分為履帶式、腿式和輪式三種。這三種行駛機構各有其特點[2]。

（1）履帶

履帶最早出現在坦克和裝甲車上，後來出現在某些地面行駛的機器人上，它具有良好的穩定性能、越障性能和較長的使用壽命，適合在崎嶇的地面上行駛，但是當地面環境惡劣時，履帶很快會被磨損甚至磨斷，沉重的履帶和繁多的驅動輪使得整體機構笨重不堪，消耗的功率也相對較大。此外，履帶式機構復雜，運動分析及自主控制設計十分困難。

（2）腿式

腿式機構具有出色的越野能力，曾經得到機器人專家的廣泛重視，取得了較大的成果。根據腿的數量分類，有三腿、四腿、五腿和六腿等各種行駛結構。這里我們簡單介紹一種典型的六腿機構。

一般六腿機構都採用變換支撐腿的方式，將整體的重心從一部分腿上轉移到另一部分腿上，從而達到行走的目的。行走原理為:靜止時，由六條腿支撐機器人整體。需要移動時，其中三條腿抬起成為自由腿(腿的端點構成三角形)，機器人的重心便以諶條支撐腿上，然後自由腿向前移動，移動的距離和方位由計算機規劃，但必須保證著地時自由腿的端點構成三角形。最後支撐腿向前移動，重心逐漸由支撐腿過渡到自由腿，這時自由腿變成支撐腿，支撐腿變成自由腿，從而完成一個行走周期。

腿式機器人特別是六腿機器人，具有較強的越野能力，但結構比較復雜，而且行走速度較慢。

（3）輪式

輪式機器人具有運動速度快的優點，只是越野性能不太強。現在的許多輪式己經不同於傳統的輪式結構，隨著各種各樣的車輪底盤的出現，實現了輪式與腿式結構相結合，具有與腿式結構相媲美的越障能力。如今人們對機器人機構研究的重心也隨之轉移到輪腿結合式機構上來了。

本文設計的移動機器人不僅要求具有一般輪式機器人移動速度快、控制簡單的特點，還要具有較好的越障能力，因此本文選擇輪腿式相結合的輪腿機構作為行駛機構。

2.1.2 驅動形式的選擇

驅動部分是機器人系統的重要組成部分，機器人常用的驅動形式主要有液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動三種基本類型[3]。

（1）液壓驅動

液壓驅動是以高壓油作為介質，體積較氣壓驅動小，<率質量比大，驅動平穩，且系統的固有效率高，快速性好，同時液壓驅動調速比較簡單，能在很大范圍實現無級調速。但由於壓力高，總是存在漏油的危險，這不僅影響工作穩定性和定位精度，而且污染環境，所以需要良好的維護，以保證其可靠性。液壓驅動比電動機的優越性就是它本身<安全性，由於電動機存在著電弧和引爆的可能性，要求在易爆區域中所帶電壓不超過9V，但液壓系統不存在電弧問題。

（2）氣壓驅動

在所有的驅動方式中，氣壓驅動是最簡單的。使用壓力通常在0.4～0.6Mpa，最高可達1Mpa。用氣壓伺服實現高精度是困<的，但在滿足精度的場合下，氣壓驅動在所有的機器人驅動形式中是質量最輕、成本最低的。氣壓驅動主要優點是氣源方便，驅動系統具有緩沖作用，結構簡單，成本低，可以在高溫、粉塵等惡劣的環境中工作。其缺點是：功率質量比小，裝置體積大，同時由於空氣的可壓縮性使得機器人<任意定位時，位姿精度不高。

（3）電氣驅動

電氣驅動是利用各種電機產生的力或轉矩，直接或經過減速機構去驅動負載，減少了由電能變為壓力能的中間環節，直接獲得要求的機器人運動。電氣驅動是目前機器人是用得最多的一種驅動方式。其特點是易於控制，運動精度高，響應快，使用方便，驅動力較大，信號監測、傳遞、處理方便，成本低廉，驅動效率高，不污染環境，可以採用多種靈活的控制方案。

7. 中央空調管道清洗機器人行走設計該怎麼去設計呢

和速度有關系的部位，你就找相應的馬達即所謂的電機，或是有個速度轉換器也可以。爬坡的最好用履帶一系列的，有一定的粘附力。我曾經研究過這個東西！

8. 騰訊發布第二代四足機器人Max，這款機器人的設計有何亮點

騰訊發布第二代四足機器人Max，這款機器人的設計亮點如下。

一、能完成高難度動作

騰訊 RoboticsX實驗室通過深度增強學習等 AI技術推動了機器人的智能研究，使其能夠在虛擬環境中進行自主學習，從而更好地適應不斷變化的環境。

與工業機器人相比，騰訊 Robotics X實驗室更注重的是自主能力的研究，它的目標是讓機器人在充滿不確定性的情況下，自主決策，自主完成自己的工作。

9. 機器人行走方式有哪些請詳細介紹一下

你的行走是值得雙足式機器人的行走方式嗎？還是廣義的？
如果是雙足式的，目前是非常難做到的，做的好的只有日本人能做到真正的仿人雙足步行。
其難點在於機器人一腳抬起後，身體前傾，其重心的控制非常難，尤其對於真正的仿人形機器人，因其重量大，慣性就打，對電機的控制和性能要求非常高。
還有一種行走方式就相對簡單，實際上是一腳邁出去後，後退不是提升後跟進，而是貼地跟進，這就不是絕對的仿人了。
ps。如果你的行走值得是移動。那就可以分為：輪式、腿時、輪腿混合式等等。

10. 如何利用ROS MoveIt快速搭建機器人運動規劃平台

最近幾年各種移動機器人開始涌現出來，不論是輪式的還是履帶式的，如何讓移動機器人移動都是最核心的工作。要讓機器人實現環境感知、機械臂控制、導航規劃等一系列功能，就需要操作系統的支持，而ROS就是最重要的軟體平台之一，它在科研領域已經有廣泛的應用。不過有關ROS的書籍並不多，國內可供的學習社區就更少了。本期硬創公開課就帶大家了解一下如何利用ROS來設計移動機器人。分享嘉賓李金榜：EAI科技創始人兼CEO，畢業於北京理工大學，碩士學位。曾在網易、雪球、騰訊技術部有多年linux底層技術研發經驗。2015年聯合創立EAI科技，負責SLAM演算法研發及相關定位導航軟體產品開發。EAI科技，專注機器人移動，提供消費級高性能激光雷達、slam演算法和機器人移動平台。移動機器人的三個部分所謂的智能移動，是指機器人能根據周圍的環境變化，自主地規劃路線、避障，到達目標地。機器人是模擬人的各種行為，想像一下，人走動需要哪些器官的配合？首先用眼睛觀察周圍環境，然後用腦去分析如何走才能到達目標地，接著用腿走過去，周而復始，直到到達目標地址為至。機器人如果要實現智能移動，也需要眼、腦和腿這三部分的緊密配合。腿「腿」是機器人移動的基礎。機器人的「腿」不局限於類人或類動物的腿，也可以是輪子、履帶等，能讓機器人移動起來的部件，都可以籠統地稱為「腿」。類人的腿式優點是：既可以在復雜路況（比如爬樓梯）下移動、也可以更形象地模仿人的動作（比如跳舞），缺點是：結構和控制單元比較復雜、造價高、移動慢等。所以大部分移動的機器人都是輪式機器人，其優勢在於輪子設計簡單、成本低、移動快。而輪式的也分為多種：兩輪平衡車、三輪、四輪和多輪等等。目前最經濟實用的是兩個主動輪+一個萬向輪。眼睛機器人的眼睛其實就是一個感測器。它的作用是觀察周圍的環境，適合做機器人眼睛的有激光雷達、視覺（深度相機、單雙相機）、輔助（超聲波測距、紅外測距)等。「腦」機器人的大腦就負責接收「眼睛」傳輸的數據，實時計算出路線，指揮腿去移動。其實就是要把看到的東西轉換為數據語言。針對如何描述數據，如何實現處理邏輯等一系列問題。ROS系統給我們提供一個很好的開發框架。ROS簡介ROS是建立在linux之上的操作系統。它的前身是斯坦福人工智慧實驗室為了支持斯坦福智能機器人而建立項目，主要可以提供一些標准操作系統服務，例如硬體抽象，底層設備控制，常用功能實現，進程間消息以及數據包管理。ROS是基於一種圖狀架構，從而不同節點的進程能接受、發布、聚合各種信息（例如感測，控制，狀態，規劃等等）。目前ROS主要支持Ubuntu操作系統。有人問ROS能否裝到虛擬機里，一般來說是可以的，但是我們建議裝個雙系統，用Ubuntu專門跑ROS。實際上，ROS可以分成兩層，低層是上面描述的操作系統層，高層則是廣大用戶群貢獻的實現不同功能的各種軟體包，例如定位繪圖，行動規劃，感知，模擬等等。ROS（低層）使用BSD許可證，所有是開源軟體，並能免費用於研究和商業用途，而高層的用戶提供的包則使用很多種不同的許可證。用ROS實現機器人的移動對於二維空間，使用線速度+角速度可以實現輪式機器的隨意移動。線速度：描述機器人前後移動的速度大小角速度：描述機器人轉動的角速度大小所以控制機器人移動主要是要把線速度角速度轉換為左右輪的速度大小，然後，通過輪子直徑和輪間距，可以把線速度和角速度轉化為左輪和右輪的速度大小。這里有一個關鍵問題就是編碼器的選擇和pid的調速。編碼器的選擇：一般編碼器和輪子是在一個軸上，目前來說，速度在0.7m/s以下的話，編碼器選600鍵到1200鍵之間都ok。不過需要注意的是，編碼器最好用雙線的，A、B兩線輸出，A向和B向輸出相差90度，這樣可以防抖動。防抖動就是可以在之後里程計算時可以更准確。左輪和右輪的速度大小的控制，通過輪子編碼器反饋，通過PID實時調整電機的PMW來實現。實時計算出小車的里程計(odom)，得到小車移動位置的變化。計算車的位置變化是通過編碼器來計算的，如果輪子打滑等情況，那麼計算的變化和實際的變化可能不同。要解決這個問題，其實是看那個問題更嚴重。要走5米只走了4.9米重要，還是要走180度只走了179度重要。其實角度的不精確對小車的影響更大。一般來說，小車的直線距離精確度可以控制在厘米范圍內，在角度方面可以控制精準度在1%~2%。因為角度是比較重要的參數，所以很多人就用陀螺儀來進行矯正。所以有時候大家問小車精度有多高？其實現在這樣已經精度比較高了，難免打滑等問題，不可能做到百分之百的精準。小車在距離和角度方面做到現在這樣對於自建地圖導航已經是可以接受的，要提高更高的精度可能就要其他設備輔助，比如激光雷達來進行輔助，激光雷達可以進行二次檢測進行糾正。激光雷達數據的存儲格式，它首先會有一個大小范圍，如果超出范圍是無效的。還有就是有幾個采樣點，這樣就可以激光雷達可以告訴你隔多少度有一個采樣點。另外最後那個Intensities是告訴大家數據的准確率，因為激光雷達也是取最高點的數據，是有一定的准確率的。上面的ppt其實就是用激光雷達掃了一個牆的形狀。激光雷達掃出一個靜態形狀其實沒有意義，雷達建圖的意義其實在於建立房間的地圖。如何繪制地圖？第一步是收集眼睛數據：針對激光雷達，ROS在sensor_msgs包中定義了專用了數據結構來存儲激光消息的相關信息，成為LaserScan。它指定了激光的有效范圍、掃描點采樣的角度及每個角度的測量值。激光雷達360度實時掃描，能實時測出障礙物的距離、形狀和實時變化。第二步就是把眼睛看到的數據轉化為地圖：ROS的gmapping把激光雷達的/scan數據轉換為柵格map數據，其中黑色代表障礙物、白色代表空白區域，可以順利通行、灰色：未知領域。隨著機器人的移動，激光雷達可以在多個不同方位觀測同一個位置是否有障礙物，如果存在障礙物的閾值超過設置值是，就標定此處是存在障礙物；否則標定不存在障礙物。把障礙物、空白區域和未知領域的尺寸用不同灰度表示出來，就是柵格地圖。便於下一步定位和導航。有時候會出現很直的牆，機器人卻無法直著行走，這時的問題可能就是機器人的輪子出現打滑等其他問題，而走歪了，這時繪制出的地圖也可能是歪的。這種情況可以通過加一個陀螺儀來避免這個情況。因為激光雷達的特性，有時候遇到黑色或鏡面會導致測距不準。目前的解決方法就是不用激光雷達，或者用激光雷達和超聲波進行輔助處理。ROS的地圖是分多層的，我可以在不同高度放多台激光雷達來一起疊加，共同繪制一張地圖。地圖繪制結束之後，就可以進行定位和導航等工作。如何定位和導航？定位：其實是概率性的定位，而不是100%的精度。根據激光雷達掃描周圍障礙物的形狀，與地圖的形狀做匹配，判斷機器人所在位置的概率機器人的定位是否成功，與地圖特徵有很大關系，如果區域特徵明顯，那麼機器人就很容易判斷自己的位置。如果出現難以定位的問題，可能需要人給指定初始位置，或者加led來進行位置識別，或者其他的定位設備來協助定位。目前的視覺通過色彩或者光的技術越來越多。導航：全局路徑規劃+局部調整（動態避障）導航其實就是全局定位，首先根據現有地圖進行規劃，但是在運行過程中會進行局部的路線規劃。但是總體還是根據全局路徑來走。導航中工作量還很大，比如掃地機的路徑規劃和服務機器人的路徑規劃是不一樣的，掃地機器人可能要全覆蓋的有牆角的地圖，而服務機器人主要圍繞指定的路徑或者最短路徑來進行規劃，這部分是ROS工作量最大的一塊。路徑規劃根據不同應用場景變化比較大，但是ROS提供基礎的路徑規劃的開發包，在這個基礎上我們會做自己的路徑規劃。機器人描述和坐標系變換在導航時，哪些區域可以通過，取決於機器人形狀等信息，ROS通過URDF（UnifiedRobotDescriptionFormat)就是描述機器人硬體尺寸布局，比如輪子的位置、底盤大小、激光雷達安裝位置，這些都會影響到坐標系的轉換。坐標系遵循的前提是每個幀只能有一個父幀，再往上進行一些眼神或者關聯。激光雷達的安裝位置直接影響/scan輸出數據。所以激光雷達和機器人的相對位置是需要做坐標變換，才能把激光雷達的數據轉化為機器人視角的數據。ROS的坐標系，最終歸結為三個標准框架，可以簡化許多常見的機器人問題：1）全局准確，但局部不連續的幀（』map」）2）全局不準確，但局部光滑框架（』odom」）3）機器人自身框架（』base_link」）多種感測器(像激光雷達、深度攝像頭和陀螺儀加速度計等)都可以計算base_link和odom的坐標關系，但由於「每個幀只能有一個父幀」，所以只能有一個節點(比如robot_pose_ekf融合多感測器)發布base_link和odom的坐標關系。Baselink自身的坐標系，因為不同元件裝在機器人上不同位置，都要對應到baselink的坐標系中，因為所有的感測器都是要通過機器人的視角來「看」。有些朋友問我，激光雷達在建地圖的時候，小車移動後地圖就亂了，這是因為小車的底盤坐標系和激光雷達的坐標系沒有標定準確。map和odom之間的關聯因為小車移動需要一個局部聯系，比如小車在向前走，不停的累加，這是里程計的作用，map起到全局的、不連續的作用，經過激光雷達和map對應。如果要學習ROS的話，坐標系的變化是重要的點。坐標系的變換還有一個點，就是每個幀都只有一個父幀，有時候兩個坐標都和它有關聯的話，就是A和B關聯，B再和C關聯，而不是B/C都和A關聯。三個坐標幀的父子關系如下：map–>odom–>base_link其實，map和odom都應該和base_link關聯，但為了遵守「每個幀只能有一個父幀」的原則，根據map和base_link以及odom->base_link的關系，計算出map與odom的坐標關系並發布。odom->base_link的坐標關系是由里程計節點計算並發布的。map->base_link的坐標關系是由定位節點計算出來，但並不發布，而是利用接收odom->base_link的坐標關系，計算出map->odom的坐標關系，然後發布。只有里程計的時候，沒有激光雷達，也可以跑，但是要先根據預設地圖進行簡單避障。精彩問答Q：還有ROS的實時性有什麼改進進展嗎？A：實時改進要看ROS2.0的設計，其實ROS2.0的進展網上有公開。但是實際上他的進展離實際應用還有一定距離，至少今年下半年還達不到穩定，不過可以去研究下他的代碼，他對內存管理，線程管理，在實時性上有了很大改善。Q：vSLAM對內存和CPU要求頗高。實際工程中，李老師使用的是什麼硬體配置？可以做多大的地圖呢？A：確實如此，目前來說我們還是使用激光雷達和感測器輔助來進行，這個和地圖大小沒有太大關系，主要是與地形障礙物復雜程度有關。