机器人设置全攻略

### 机器人设置全攻略 #### 1. 传感器的作用与类型 机器人可被定义为能移动并对环境做出反应的机器，而传感器是其感知周围环境的关键。传感器能将机器人外部或内部的信息转化为数字或电子格式。以下是几种常见传感器的介绍： - **摄像头传感器**：能捕捉光线信息，并将其转化为以数字数组形式记录的数字像素。 - **声纳传感器**：通过发射能量脉冲（声波），并监听回声的时间延迟来测量与物体（如墙壁）的距离。 - **角度传感器**：每个伺服电机都包含一个角度传感器，用于检测旋转量，从而控制机器人的手臂和手部动作。 - **触觉传感器**：以紧急停止按钮为例，它连接到Arduino，属于触觉（触摸）传感器。按下按钮时，连接到Arduino的数字信号线接地，在该引脚处可检测到值为0的信号。 - **模拟 - 数字转换功能**：Arduino还具备模拟 - 数字（A2D）转换功能，可在Arduino引脚上施加0至5伏的电压，并测量该电压值。这一功能可用于监测电源供应，或通过热敏电阻测量温度。热敏电阻是一种随温度变化而改变电阻的设备，当有电压通过时，可测量其输出电压的变化。 #### 2. 包容架构的原理与应用 包容架构由麻省理工学院的罗德尼·布鲁克斯博士提出，旨在开发类似昆虫大脑的智能机器人编程方式。传统机器人（1986年之前）多为单线程机器，一次只能执行一项任务，而昆虫虽大脑简单却能在现实世界中正常运作。布鲁克斯认为，机器人应具备多个同时运行的闭环反馈过程层。 ##### 2.1 机器人的目标导向行为 我们期望机器人能执行一系列目标导向的行为，而非仅仅对每个刺激做出孤立反应。例如，机器人的目标可能是捡起玩具、在房间内导航并避开障碍物等。用户可为机器人设定目标，机器人则需自行决定如何实现这些目标。 ##### 2.2 决策系统的分层结构 为解决机器人同时处理多个目标时的优先级问题，我们将其决策系统分为三个层次： |层次|职责|时间尺度|具体功能| | ---- | ---- | ---- | ---- | |底层|机器人的自主神经系统|约每秒20次|处理机器人内部的健康维护和监测功能，如读取内部传感器、检查电池电量、读取和响应心跳消息等| |中层|处理单个任务|以秒为单位|处理短期任务，如四处移动、寻找玩具等，决策时间在秒级，更新速率相对较慢| |顶层|完成任务使命|数分钟甚至数小时|负责机器人的整体任务，如寻找玩具、捡起并存放玩具，以及与人类交互和响应命令等| ##### 2.3 包容架构的规则 - **通信规则**：每层只能与相邻层进行通信。顶层仅与中层通信，底层也仅与中层通信，而中层可与顶层或底层通信。 - **优先级规则**：较低层具有更高的优先级，能够中断或覆盖高层的命令。例如，当底层检测到障碍物时，会中断中层的移动功能，并覆盖顶层的命令，使机器人转向避开障碍物；当底层失去心跳信号（表明软件出现问题）时，会使电机停止运行，无论高层有何指令。 这种架构的主要优点是明确了不同事件、故障或命令的优先级，避免机器人陷入决策循环。不同类型的机器人架构可能包含不同数量的层次，最多可达五层。 #### 3. 软件环境的搭建 为了顺利进行机器人开发，需要搭建三个环境： - **笔记本电脑或台式机**：运行控制面板，用于训练神经网络。建议使用安装有Oracle VirtualBox并支持运行Ubuntu 16.14虚拟机的Windows 10计算机，也可直接使用运行Ubuntu或其他Linux操作系统的计算机。需在该计算机上安装ROS，并使用PlayStation类型的游戏控制器进行机器人的远程控制。 - **Raspberry Pi 3**：可运行Ubuntu Linux或其他Linux版本。该设备也需运行ROS，后续会详细介绍所需的附加库。 - **Arduino Mega 256**：使用Arduino官网的常规Arduino IDE创建代码，该IDE可在Windows或Linux系统上运行。 以下是搭建环境的具体步骤： ```mermaid graph LR A[开始] --> B[笔记本电脑准备] B --> C[创建Ubuntu Linux虚拟机] C --> D[下载安装VirtualBox] D --> E[下载Ubuntu系统镜像] E --> F[打开VirtualBox并新建虚拟机] F --> G[设置虚拟机名称、类型和版本] G --> H[设置基础内存大小] H --> I[设置虚拟机分区大小] I --> J[选择启动并指定镜像源] J --> K[完成安装并重启虚拟机] K --> L[安装Python] L --> M[检查Python版本] M --> N[检查pip是否安装] N --> O{是否安装pip} O -- 否 --> P[安装pip并升级] O -- 是 --> Q[安装其他Python库] Q --> R[安装ROS] R --> S[建立软件源] S --> T[设置访问密钥] T --> U[更新系统] U --> V[安装ROS主发行版] V --> W[设置ROS依赖管理器] W --> X[配置ROS环境变量] X --> Y[检查默认设置] Y --> Z[设置ROS_MASTER_URI] Z --> AA[Raspberry Pi 3设置] AA --> AB{是否使用Google语音助手} AB -- 是 --> AC[使用Raspbian系统镜像] AB -- 否 --> AD[使用U ```