機器人驅動與物理學 : 機器人學，通過建造來學習 III

Contents

新的，第三個課程，超過 45,000 人註冊了同系列前兩個課程，超過 4.6 星的評級

從這 10.5 小時的課程，你會學到

我們如何讓機器人移動？有什麼樣的方法可以為我們的機器人提供動力，我們又如何使用哪怕是微小的馬達來移動大量的負載呢？我們如何製造像機器人、仿生手臂這樣的東西？這些都是我們將探索的第一手應用和實際的實驗，你可以在家裡執行，讓你向設計和建造機器人和機器人系統更近一步

要求

完成系列課程 1 和 2，或具有良好的電學、類比和數位電子學知識

課程說明

請注意：仍在添加內容。謝謝你的耐心！最後更新：2023 年 1 月

基於你在類比電子學和數位電子學中獲得的知識，通過學習如何實際移動機器人和機電一體化，你將開啟更多通向不同職業和愛好的大門。機器人的驅動和物理學密切相關 – 事實上幾乎是同一個話題。想想你周圍所有自動移動或操作的東西: 從辦公樓裡的暖氣和空氣清淨機，到你汽車裡的許多功能，再到工業蓬勃發展的機器人領域，大規模生產，甚至是娛樂！為了設計、安裝、程式設計和維護這些機器人，需要了解這些機器人如何工作的專業人員。也許你對建造一個潛水機器人感興趣，它可以潛水找沉船或到一般人類無法到達的地方。實際上，我們將著眼於一個真實世界的案例研究，並利用我們新發現的物理學知識來設計一個可以在 600 米或更深處操作的潛水機器人。或者你只是對競爭機器人感興趣，比如角鬥士風格的戰鬥機器人，它們會面對面地互相殘殺。 3D 印表機(我們在課程 4 中設計並製造了一台)基本上就是機器人！所有這些主題都涉及到對機器人驅動系統和物理學的良好理解，你將在本課程中學習。

超過 45000 名學生參加了”機器人學，動手做中學系列” 的頭兩門課程，僅第一門課程就有 3200 個五星評級，年齡在 8 至 60 歲以上的學生享受了該系列課程及其專案。

不需要先具備力學、物理或機器人知識。你需要對電氣電子和數位控制以及一些基本的數學有很好的理解。如果你已經完成了系列課程1 “類比電子” 和系列課程2 “數位電子” ，你已具備你需要的基礎，因為我們將在這個課程中使用這兩門課教的技能來驅動不同種類的電動機。所有課程均有為聽覺受損人士而設的字幕。

課程資料:

你將需要類比電子部件和一個麵包板，你可去購買零件組成一個配套工具包(根據系列課程 1 的類比電子工具包)或運用你自己有的，以及數位電子工具包(即系列課程 2 的數位電子工具包 )的部件，或運用你自己有的 Arduino 控制器板和一些邏輯電平、大功率 MOSFET 的。

你也將需要機器人驅動器( Robotic Drives )和物理實驗的工具包( Physics Experimenter’s kit )，再次，你可以自己購買組成一個配套工具或運用自己已有的部分。第一節課是對工具包中的內容的簡單介紹，並給予本課程所需的部件列表。

該系列“機器人：動手做中學”的最終目標是關注機器人技術的各個領域。在系列課程 1 中，我們學習了電機和電子學的基礎知識。在系列課程 2 中，你進一步發展了知識和技能，涵蓋了數位電子學，並在現實生活中的數位元件上實踐技能。在第三門課程中(即這一門課)，你將學習物理原理(從簡單到非常複雜)，其具體目標是理解甚至設計自己的機器人驅動系統。你將瞭解有關在商業、工業機器人中將看到的不同機器人驅動系統的詳細資訊，例如同步帶驅動器( timing belt drives )的工作方式以及為什麼它們在機器人技術中如此重要，以及諸如諧波驅動器之類的更深奧的驅動器 – 是什麼以及這出色的系統如何運作。

在設計潛艇機器人時，我們甚至會研究現實生活中的案例研究，該機器人可以遠端操作，並且能夠承受最小600米以上可壓碎骨的工作深度。我們在此面臨的獨特挑戰將積累你的知識，以便你也可以設計面對惡劣環境的海底機器人，它可以對海底管道或電纜進行檢查、焊接或維護。

本課程是第 IV 模組課程的先修課程，你將學習原型製作技能，並獲得各種知識和技能，這樣你就可以實際製造自己的機器人和自己製造零件。在第四模組中，你將高度運用到本課程結尾所學到的知識，從頭開始構建一個 3Ｄ印表機，把它連線到桌面電腦，然後製作自己的塑料部件。 3D 印表機實際上就是一個機器人，你可以用它為你的其他機器人設計製造零件。之後，到第 V 模組課程，你可以將你的機器人設計和建造技能提升到新的水平，通過自主機器人系統的實際操作 : 學習各種感測器(其可感測出你在哪裡以及你的機器人在做什麼 )，GPS 導航，基本的人工智慧，功能強大的微晶片 FPGA(你可以在晶片上設計自定義電路)，視覺系統等等。

本課程總覽概覽：

在這門課程中，我們將涉及:

簡單的機器(所有這些都以你可能從未見過的令人驚訝的方式發揮作用)
設計一個手臂機器人( arm robot )
切換機制(同樣，以一系列你可能從未見過的令人驚訝的方式發揮作用)
諧波驅動( harmonic drives )，擺線驅動( cycloidal drives )，週轉驅動( epicyclic drives )，牽引驅動( traction drives)
材料強度及建造的挑戰
案例研究: 深海潛艇、遙控操作的運輸器的設計挑戰
液壓和氣動(包括建造自己的)
空氣和液壓肌肉，肌肉接線
伺服系統(速度、壓力、力量、位置等等)
直流( DC )電動機，無刷直流( BLDC )電動機，無刷直流( BLDC )伺服電動機，步進電動機，交流( AC )電動機，交流( AC )伺服電動機，單相和三相電源，發電
頻率驅動，PWM 交流訊號產生
從電動汽車設計和機車設計看再生 / 電阻 / 動態制動
你在工業機器人中會遇到的反作用力系統( counter-force sys )
工業和業餘愛好需知的機器人系統的安全
機器人設計: 關節臂，龍門架，脊椎，協作
案例分析: 戰鬥機器人
還有更多！

目標受眾

對機器人技術、電子技術和機電裝置感興趣的人，比如 3D 印表機(實際上是一種機器人)

講師簡介

Ian Juby 科技谷科學中心( Tech Valley Science Centre )的機器人工程師和教育工作者 ( 更多講師主講課程介紹 )

30年來，我一直擔任科學和技術的老師。我16歲起就在帶科學營。也教授高中科技10年了。我畢業於加拿大渥太華北灣的Canadore College機器人工程系，並參與多個創新研究與發展，如 Eastern Ontario公司在嚴峻環境下的極冷環境下的套裝與極熱環境下的套裝，有的用於正在運作的太空梭。

我的興趣遠遠超出了機器人技術，曾撰寫多篇科學論文，發表在同行評議的期刊和一本書中，寫了一本關於影片製作的書，目前是一名在安大略加拿大國家鐵路公司工作的鐵路員。我製作了一個關於如何讀加拿大鐵路信號的影片系列，現在正被用為主導學生如何閱讀信號的教學課程。我一路旅行了十年，收集和建立了一個旅行博物館，涉及創作/進化的辯論，並已經製作並主持一個關於這話題的電視節目五年了。

英文字幕：有

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