RoboGrok Robotics 1

Contents

*Grok – 選自羅伯特海因萊因的小說《異鄉異客( Stranger in a Strange Land )》。內化、深飲、透徹

從這 13 小時的課程，你會學到

學生將建立一個具有電腦視覺和回饋運動控制功能的工作 3 自由度拾放機器人操縱器。
學生將了解機器人操縱器背後的理論，包括旋轉矩陣、齊次變換矩陣以及其他常見的理論概念。

要求

完成動手活動需要 RoboGrok 機器人零件套件
你應該熟悉矩陣數學和一些三角學

課程說明

視訊講座涵蓋了大多數大學機器人課程常見的各種機器人主題，包括正向和反向運動學、感測器和電腦視覺（機器視覺）以及回饋運動控制。理論與使用一套零件的動手構建和編程任務相結合，讓你可以邊學邊實踐，最終建構和編程完整的機器人。

本課程涉及 C 和 Python 程式，但一開始假設你以前從未使用這些語言程式編輯。如果你已經具備一些矩陣數學（矩陣和向量的加/減以及乘法）和三角學的經驗，這將會很有幫助。我們將向你介紹 Python 中的 OpenCV 和 PSoC 微控制器。

透過理解和實踐所有底層理論，課程中的所有主題都會引導你建立和編程一個完整的、可工作的、3 個自由度的 SCARA 拾放操縱器。該課程使用 RoboGrok 機器人零件套件。

目標受眾

有興趣成為工程師並準備好或正在就讀大學程度機器人課程的學生

講師簡介

Angela Sodemann 工程師

很久以前，在這個故事的開頭，我是機械工程專業的碩士生。我找到了一份「機電一體化」課程（專注於機械和電氣領域交叉的課程）的助教工作。作為助教，我的工作是領導實驗室課程並幫助學生完成最終項目，其中涉及將回饋控制應用於學生自己設計的一些機電系統。

現在，在學術界，助教有點像調酒師或理髮師，學生會向助教講述他們永遠不會向教授承認的事情。當我們接近學期末，期末作業即將來臨時，一名學生羞澀地走到我身邊，彷彿要問一個問題，猶豫地說：「我可以對你完全誠實嗎？我不知道什麼是‘反饋控制’。” 班上其他的同學聽到了，也都鬆了一口氣，承認自己也有同樣的困難。

這是令人驚訝的，因為機電一體化課程的先決條件之一是另一個名為「回饋控制」的課程。機電一體化專業的學生全部都通過了這門課程，而且很多人都做得很好。然而，從另一個意義上來說，這種承認一點也不奇怪，因為我自己在上課時也經歷過同樣的事情。我採取了回饋控制並且做得很好，而且我也完成了課程，基本上不知道什麼是回饋控制。我們的教育到底出了什麼問題才會允許這樣的事情發生？

現在，當我成為機電一體助教時，我已經很好地掌握了回饋控制，至少可以將這個想法傳達給我自己的學生。這段期間我發生了什麼變化？如果不是在回饋控制課上，我是如何學習回饋控制的？我意識到我不是在課堂上學習了該主題，而是在我的研究活動中學習了該主題：只有當我使用它時，當我需要它來解決實際問題時，我才學習該主題。

幾年過去了，我獲得了碩士學位，然後又過了很多年，我獲得了機械工程博士學位，然後又過去了很多年，我成為了亞利桑那州立大學教授機器人技術的工程教授。我完全忘記了作為助教所學的一切，直到我向一群昏昏欲睡的學生教授逆運動學。講座結束時，我問是否有任何問題，一名學生舉手了。我拜訪了那個學生，很高興有人一直在聽我講話。 “你能準確地向我們展示其中一個問題在測試中會是什麼樣子嗎？” 學生問。內心深處，我因沮喪和幻滅而崩潰了。我的課又變成回饋控制課了。這些學生根本沒有在學習，他們只是在記得我想讓他們說的話。他們在課堂上表現得很好，但永遠無法應用我教的任何東西來解決任何實際問題。

我當時就決定，我需要改變我的方式。如果這些學生想要成為成功的機器人工程師，他們不能僅僅記住這些東西，他們需要理解*它。我回想起多年前我在機電一體化方面的經歷。我最終是如何學習回饋控制的概念的？我用它來解決實際問題。我在需要的時候學會了它，親手操作真實的機器並使事情運轉起來。我意識到這些學生永遠不會透過在紙上寫方程式、觀看我的 PowerPoint 投影片來理解機器人技術。他們需要從頭開始建造機器人，將它們拆開，犯錯並修復它們，利用理論讓它們運作。

就這樣，我開始了為期 5 年的 RoboGrok 課程建構之旅。我開始將零件帶到課堂上，創建實驗室實驗、專案和演示。我嘗試過的有些方法有效，有些則無效。我嘗試過、修改過、再嘗試過。我過濾了學生的回饋並檢查了測試結果。我與學生交談，傾聽他們的問題，並不斷修改我的方法，最終創建了這裡發布的課程和零件包。

不要被誤導：這不是樂高機器人。有數學、馬達、電路、程式設計、故障排除、血汗和淚水（好吧，也許這三者中的兩個）。但是，最終你將在知識深度、理解力以及從頭開始設計和建構實際機器人的能力方面從其他人中脫穎而出。這將是一次冒險（是的，我說的是冒險），你會玩得很開心。你將真正領會機器人技術。

＊Grok – 出自 1961 年羅伯特海因萊因 (Robert Heinlein) 的小說《異鄉異客》。內化、深飲、透徹。

英文字幕：有

想要了解如何將英文字幕自動翻譯成中文? 請參考這篇 How-To

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