半岛·体育良多诤友私信问我对机械人和人为智能感意思，该奈何睁开进修。近来稍微有点空，我写写我的见地。

　　两年前，我正在知乎回复何如界说「机械人」？ - YY硕的回复中试图给机械人做出一个对比防备的界说，我感到机械人和人为智能最大的区别正在于是否要和物理宇宙实行交互。今岁首正在另一篇知乎回复里对机械人某人为智能的查究会帮帮咱们更好的清楚人类我方吗？ - YY硕的回复我说到传感器是和物理宇宙交互的根源。自后，我又正在知乎回复有哪些与操纵、机械人等合系的 quotes？ - YY硕的回复中提到莫拉维克悖论（Moravecs paradox），说到了机械人学里公认的困难是正在物理宇宙中完成类人的举止才具。

　　把之前的回复再翻出来是为了接济以下见识：机械人学的主旨题目是做好和物理宇宙的交互。现正在主流的机械人学分支里，管造与物理宇宙的交互的学科分为三类：传感器和管造算法（激光雷达，多目视觉，调解算法）；多刚体体例动力学操纵（工业机械人动力学操纵和接触力操纵）；机械人自帮挪动（locomotion不明了该奈何翻译，轮式、足式、飞翔等挪动机械人的查究）。我发起对机械人学有意思的同窗着重正在这几个题目上面。

　　别的，按照宇宙第一的机械人教化机构卡耐基梅隆大学的机械人学博士的课程分类式样（

　　连合卡耐基梅隆大学的主旨课程条件，我感到我界说的机械人学主旨题目算是基础没跑偏的。本文后面说到的机械人项目都是以上述见识和课程条件为根源。

　　1. 机械人学是富人的举止。固然工业越来加倍达，但好的开采板和电机还短长常贵。要是要下定定夺进修机械人学而且做出实物，你务必找到做实物出来的资金。要么是我方用钱，要么就得找学校的机械人社团，或者找什么答允资帮年青人进修的朱紫。别的现正在没有任何一本完备的书可能教你奈何造一个四旋翼空中机械人或者大狗机械人，你需求参考十几本差异的教科书，这些书不管中文版仍是英文版都很贵。

　　2. 机械人学是屠龙之术。这话是Ninebot创始人说的。固然近来几年，平均车、扫地机械人、多旋翼飞翔器让机械人学最先进入人们的生存，然而可行的贸易利用仍是很少，况且已有的机械人和表面都还很难办理好与物理宇宙交互这件事务。因此肯定要确保我刚正在机械人学这个道道上同时练好了能去其他行当用膳的才力，譬喻编程、呆滞安排和硬件安排。也要做好情绪预备，承担我方有能够正在学会屠龙之术自此几年都造不出对社会有效的东西的结果。

　　3. 基于上述所说的见识，要是是依然任务之后才情要进修机械人的话，能够依然太迟了，由于很能够意思征服不了客观局限成分。要是举动意思去进修，只可学到做巡线幼车和舵机呆滞臂什么的，能够也餍足不了中二病的创造欲。

　　一面以为机械人学是一个疾苦的道道，思要成为一个独挡一边的机械人为程师需求多年表面和履行的同步磨练。表面进修和下手履行的历程还要相互排好时期表，正在做某个履行项目标同时去进修最合系表面往往可能抵达事半功倍的成效，然而同时那些不太合系的表面会看起来至极无聊，于是何如妥帖操纵我方的履行项目也是很苛重的事务。

　　这篇著作里我盘算先容一个电子工程、呆滞工程和准备机专业学生从大学一年级到查究生二年级的机械人进修盘算，基础是我对我方过去进修式样的一个总结。依照这个举措来进修，或许成为一个才具一切，然而稍微偏软件一点的机械人为程师。这个六年的进修盘算，估算下来，整年中每天正在上课和结束课程条件除表要加入进修时期6-8个幼时，这些时期一方面用于阅读课程学问的英文教材，一方面用于阅读其他学科的教材，一方面用于履行项目。

　　机械人为程师正在大型项目里的定位相似于飞机体例里的总体安排师。和呆滞工程师、硬件工程师、软件工程师、算法工程师、操纵工程师比起来，机械人为程师到场某个全部技巧的时期较少，然而或许听得懂通盘工程师说的话，或许举动差异模块间的和谐人，指导全部团队去攻坚。当然要是机械人为程师或许正在一个范畴抵达阿谁范畴的工程师的卓越程度，必然更好。

　　因为时期急忙，再加上一面程度有限，著作中如有大意和差池，恭请读者指出，感谢。要是同窗又有什么思明了的实质和教材，也接待留言换取。

　　刚上大一，你的机械人生计最先了。先看看学校的校园网能不行翻墙，不行的话我方去买个一年一百多块钱的VPN，先确保我方能上Google，不要心疼VPN的钱，这能让你正在之后的职业生计里俭约上万块钱。然后去注册一个gmail账号，再注册stackoverflow账号，再注册github的账号，再注册CSDN账号，注册完登录上去游游，当前先不要问为什么。

　　英语程度肯定水准上会是机械人为程师程度的局限成分，英语是同窗们正在大学最该戮力学的一门课，况且不止要把它当成课，要当成一种才力，当成生存的一个人。当你最先戮力进修极少高级的机械人学问自此，有能够会至极难以找到中文的参考原料，这个岁月要是啃不下英文的原料，发展速率和眼界就会受到很大影响。于是大一的岁月要多看看红宝书，看看美剧。

　　不管是什么专业布景的同窗，大学一年级肯定要上好的课是微积分和线性代数。线性代数的苛重性需求尤其夸大。日常来说，卓越的工程师和科学家正在任业生计中要学起码五次线性代数，大一学一遍、学凸优化的岁月学一遍、学线性体例的岁月学一遍、学机械进修的岁月学一遍……要是正在第一遍学的岁月就看到对的书，刷到对的题，那么自此的进修会轻松良多。

　　网上有良多关于何如学好线性代数的议论，譬喻知乎题目何如认识线性代数？ - 数学进修。Matrix67大神的著作随记：咱们需求如何的数学教化？也很有启迪。我一面临进修线性代数的发起是两本书，一本叫做《Linear Algebra Done Right》机器人，另一本叫做《Linear Algebra Done Wrong》（math.brown.edu/~treil/papers/LADW/book.pdf），我对比爱好的是Done Wrong这本书，第一它是免费的，第二只需求读前6章两百页就够了，第三它页边距很大，打印出来有良多空缺做实习题。别的一个较好的教材是麻省理工公然课：线性代数。岂论何如，学线性代数肯定要用表洋的教材，万万不要用国内的教材。啃英文书很累，然而推敲到之后还要啃更多的英文书，线性代数依然算是很初学的了，肯定要啃下来，同时还要刷足够多的课后题。

　　学完线性代数自此，一个天然而然的题目便是奈何能用准备机我方去准备矩阵的乘法、向量的乘法、向量的内积。于是引入了编程的进修。

　　不管同窗的专业是什么，肯定要正在大学一年级尽早最先学编程。至于用哪种说话最先进修编程，我引荐Python，对比好的教材是麻省理工学院公然课：准备机科学及编程导论，对比好的Python开采进修境况是Anacoda (continuum.io/downloads)。熟练Python自此，同窗就可能最先玩玩Python的数值准备包Numpy，这个岁月线性代数题基础上也刷的差不多，可能通过Numpy帮帮我方办理线性代数题目了。

　　对任何人来说，Python是一把瑞士军刀，你可能用他干良多东西，譬喻主动回答邮件、主动征采消息。然而真要去造机械人，合意的用具并不是瑞士军刀，而是C/C++如许轻易粗暴的锤子和螺丝刀般的用具。正在进修Python学到肯定水准的岁月（譬喻你据说有一种叫做cython的东西），最好最先进修C，况且要强迫我方练惯用C的一维数组和指针来完成矩阵的加法、乘法、求逆等操作。之因此有高级的Python或者Java（不要问我Java哪里高级了）这些说话自此咱们还需求去学C，是由于机械人上常用的不是完备的电脑，而是准备量有限度的嵌入式体例，嵌入式体例开采基础只可用C或者更初级的说话。

　　进修C我一面初学用的是清华大学出书的《C++说话秩序安排》。固然这个书题目是C++，但原本没什么太大题目。可是国内的C说话教材都有个浩大的题目是不领导学生去用Linux。近年来更好的一个教材是/zh/index.html，这个网站的教材至极好，由于他教化学生用Linux境况举动秩序编译的境况，况且还引入了极少准备机编造布局的先容。

　　IT行业的秩序员都磋商量高级说话和初级说话哪个好，Linux和Windows哪个好，而关于机械人为程师来说，从现正在到可预料的另日里，C是最好的说话，Linux是最好的操作体例，这都无须置疑。以至关于Linux的刊行版该选哪个，咱们都是很少有质疑的：Ubuntu（The leading OS for PC, tablet, phone and cloud）。来历是机械人操作体例ROS（Powering the worlds robots）是基于Ubuntu开采的，于是正在Ubuntu上运转最不乱。谨慎Ubuntu出了一个中文版叫做Kylin，一面感触对比坑，发起多人不要装中文版。Ubuntu 举动一个开源操作体例，老是正在敏捷迭代，2016年8月对比不乱的版本是14.04和16.04，发起同窗装配14.04。

　　当你把C学得差不多，最先要学写包蕴多个头文献的秩序时，肯定要同时进修makefile的学问。这岁月要上钩去搜“Makefile详解”（Makefile详解（超等好）_mingw吧）这篇著作看。

　　我我刚正在大学一年级的岁月还进修了HTML和Javascript，到大一已矣的岁月依然或许熟练用Javascript手写极少动态页面。我一面感到HTML和Javascript也是机械人为程师必备的技巧，而不但是软件工程师的玩具。这是由于web技巧现实上依然渗入到了编程的方方面面，譬喻json最先是Javascript里的一种object界说的式样，但现正在依然成为了一种很圭表的数据交互、参数修设的体式。别的AJAX或许帮帮入门者认识肯定的汇集技巧道理，而汇集技巧也是机械人为程师必备的才力。再者，创造GUI（图形用户界面）是旧例debug的法子，而近年来一个时兴的趋向是用webkit嵌入秩序用HTML和Javascript举动图形界面的后端，而正在机械人操作体例ROS（ROS.org Powering the worlds robots）里，通过rosbridge可能至极容易地把机械人秩序的数据通报到websocket上，这句话看不懂不要紧，归正你明了学学HTML和Javascript很苛重便是了。更苛重的是，HTML文档背后的DOM (Document Object Model)深远地表现了面向对象的思思。大学中的面向对象秩序安排日常都讲C++，正在我看来应当讲HTML和Javascript。这一点不细说了，要是同窗们去进修HTML和Javascript，天然会领略到。进修HTML和Javascript对比好的原料是，把网站左侧的“Learn HTML”、“Learn CSS”、“Learn Javascript”和“Learn JQuery”学完就行，另表个人又有良多花哨的技巧，没有需要去学了。为了教育我方对Javascript的意思，可能上three.js / examples跪着看看喧哗。

　　以上先容的这些学问点、书和原料应当正在大一光阴就一齐看完，然后欺骗大一的暑假好好加强这些学问。譬喻最先用HTML和Javascript做一个我方的一面主页，刷一刷编程的问题，学用Python的奇技淫巧（譬喻说做一个我方的一面主页）。别的还可能抽时期学学数学学问，譬喻最先看看代数和离散数学。我大一的岁月看到了两篇著作，看法到了数学的苛重性，一个是MIT的CV大牛林达华写的[转]MIT牛人注解数学编造，另一个是前Goolge查究员吴军博士写的《数学之美》（数学之美 (豆瓣)）。当时林达华还正在MIT读博士，而《数学之美》还没有成书。两篇著作看完自此我感触我方全部人对数学的看法上了一个新的主意，从此从来正在谨慎普及我方的数学程度，几年下来感到收益很大。正在之后的先容里我还会多次夸大需肆业的数学学问和对应的教材。

　　上大二的岁月，你依然会了基础的编程学问和基础的数学学问。大二这一年应当加入正在嵌入式体例的进修中，同时一连拓展我方多方面的才具。学校的机械人社团机器人，譬喻做Robocon，RoboMasters的团队应当正在招新了，赶速去插足，有了学长学姐的领导以及同侪诤友的推动，应当会发展的速一点。

　　大二应当左右的才力：Solidworks画基础的呆滞图，基础的数字电道学问、数模转换，51单片机、AVR单片机、STM32单片机道理，UART、SPI、I2C、CAN等条约的道理和数据收发，STM32开采板的应用，电机动弹和驱动的道理，PID的道理，调试四轮机械人底盘的挪动，基础的传感器如陀螺仪、码盘机器人、红表线、超声波的道理和读取式样，汇集学问如修设IP修设道由器等，微电子焊接，金工技巧。我正在知乎回复要是秩序员每天都浅尝辄止地学极少差异的新技巧，久远以往，人会形成什么格式呢？ - YY硕的回复里说过机械人为程师需求的才力数目是IT行业全栈工程师才力数目标三倍以上，这些才力的根源都应当正在大二最先积蓄。

　　要是同窗们的专业是呆滞工程合系，那么大二的岁月要深切进修solidworks做图，买呆滞加工手册进修各式呆滞的奇技淫巧。你的专业学问还亏损以让你实行细密的受力判辨，可是你可能尽量多做极少呆滞布局出来感染它们的欢笑。

　　要是同窗们的专业是硬件、电道合系，那么大二的岁月要深切进修Altium Designer做图、造板、焊板。你要从现正在最先，就给我方积蓄一个任务记载，可能便是轻易的txt文献，记载你做过通盘板子的bug、办理计划、学到的道理图、PCB layout的谨慎事项等等。积蓄良多年自此，你的这个任务记载会值良多钱。

　　进修这些才力的最好的式样，便是列入我方学校机械人社团的磨练和计划安排。日常来说，学校的机械人社团招新之后会有磨练和测试，让新人分组去做机械人，这个历程中要是答允戮力学，普及得会很速。要是你所正在的大学是机械人竞争强校，譬喻西安交通大学，电子科技大学，哈尔滨工业大学，华中科技大学，东北大学等等（排名不分先后，没有提到你们学校名字的话我表现负疚），那么你很红运，你们学校的机械人社团有很好的积淀，有良多资源可能帮帮你进修。基础上只消天天泡实践室，确保我方每天只睡6-7个幼时（但仍是要多去跑步、游水保留身体强壮），勤于向学长学姐请示，那么肯定会普及得很速。

　　大二阶段尤其要夸大的是对下手才具的教育，包含呆滞资料的加工、电道焊接、创造导线和接头、连合道由器、修设汇集、做网线等等。呆滞加工的用拥有螺丝刀、锯、钻、锤子、车床、铣床、钻床，进阶选手可能学一下氧焊，这个对比告急，我没考试过；电道焊接的用拥有焊机半岛·体育、焊锡、洗板水、松香、吸锡器；创造导线的用拥有剪子、剥线钳、夹头钳、网线钳各式钳；汇集修设便是连连道由器插插网线，然而Linux体例下修设汇集有时会至极繁难，肯定要多积蓄这方面的学问，由于他日你造的机械人多半会顶着一个无线道由器跑来跑去，以至有的机械人上各个模块我方就能组起一个幼局域网。这些才力的熟练左右需求你花良多时期去做真正能用的机械人来练手。

　　关于该采取造一个奈何样的“真正能用的机械人”练手，最好的采取必然是机械人竞争中的机械人。要是列入Robocon，你会随着学长学姐们学着造有人那么高的浩大呆滞；要是列入RoboMasters，你会学着造比汽车还要灵便的机械人以及敏捷发弹的机构。其他极年少型的竞争譬喻飞思卡尔智能车，也是很好的磨练，由于飞思卡尔智能车依然起色得很成熟，列入这个竞争的参赛原料就够学一阵子的，学完自此或许得回对比多的机械人才力。

　　要是没有太多学校机械人社团的资源，同窗们又有极年少型的竞争譬喻挑衅杯、大创竞争等等可能采取，以三五一面的幼团队到场这些竞争。要是同窗所正在的学校连这些竞争都不构造多人到场，那就只好我方用钱了。国内开源机械人社区有良多资源可能欺骗来进修，譬喻我方买Arduino STEM educational Robot kits Building Platform的各式开采套件做轻易的机械人。Arduino的开采境况能够有些人不爱好，由于它对硬件做了一级封装，要是复活气接触到单片机的性子，可能我方买STM32开采板进修。俗话说，没有什么嵌入式体例是一块STM32完成不了的，要是有，就用两块。STM32是ARM Cortex‑M家族中最为平凡利用的一款单片机，正在网上也有良多的教材和开采板可供采取。正在国内闻名的电子论坛STM32/8 分论坛帖子清单 (amoBBS 阿莫电子论坛)上，有良多参考原料，有题目也可能正在这里和多人议论进修。

　　要是你很思列入机械人竞争，身边也适值有极少同心合意的幼伙伴，然而学校不接济。不要紧，来找我，我尽量通过大疆的相合说服你们学校接济你们列入RoboMasters。

　　固然你是以机械人竞争为主线正在搜索机械人技巧，然而要期间记得，机械人竞争给你的表面方面的磨练很差，还会让你养成极少坏习俗，譬喻凡事都生气用极少糙猛速的法子来办理。因为通俗全部团队都没有太多的项目打点履历，到竞争前一段时期才会加紧时候去做机械人，良多岁月就会用“盗窟”的法子行止理机械人的毛病。譬喻说某个承重布局用久了会弯，为了赶竞争的进度，就拿锤子敲直了、再加一条辅帮的布局正在旁边一连用，而没有过细地去做修模、受力判辨，忖量是什么来历导致承重布局会变形。再譬喻说调PID参数便是生调乱改，而没有基于机械人的动力学模子去估测参数的大抵周围。

　　大二的暑假，有能够你随着学校的机械人队列入了极少机械人竞争。这是一个反思总结的好机遇，为什么机械人队赢得了如许那样的收效？全部团队如何才力更有用率？来岁何如一连招新？暑假要把时期花正在技巧积蓄上面，这个岁月可能回来忖量忖量之前预备竞争时用糙猛速的法子办理的题目何如或许过细地去办理。

　　要是大二的暑假没有列入机械人竞争，可能做一个舵机机械人，譬喻6条腿的蜘蛛，譬喻码垛机械人。舵机是机械人为程师的好诤友，肯定要好好左右。

　　别的你其他方面的才具也不行落下。大二已矣的岁月，你的Linux应当用的很熟练了，除了makefile，你也用起了cmake。你也应当最先认识Github存正在的旨趣，由于你依然上去读了良多别人的代码，你也把我方的极少课程安排和幼项目放正在了Github上面。别的大二基础上了本专业极少对比难的根源课程，譬喻主动操纵道理、机械进修、概率统计、资料和力学等课程，同窗们会看到这些课程里又用到了线性代数和微积分的学问，以及修模的学问。这岁月可能把大一的物理、线性代数和微积分再翻出来看看。

　　同窗的学校应当给大二到大三的学生有开设面向对象的秩序安排，日常用Java或C++熏陶。正在面向对象的秩序课内部，肯定要积蓄3000行把握的代码的开采履历。经典的面向对象秩序安排的实习通俗是写游戏，譬喻俄罗斯方块，吃豆人等等，肯定要我方或许做到所有手写一个完备的项目出来。

　　别的你可能最先进修Matlab当中的神器Simulink了。正在大二这一年的进修中，你能够正在不少课程里多多少罕用到了Matlab。假设你依然正在我的引荐下爱好上了Python，你能够会感到Matlab的准备用具没有比Python强多少；假设你我刚正在别人的引荐下爱好上了mathematica（Mathematica 究竟有多厉害？ - Wolfram Mathematica），你能够会感到和Mathematica这种神相通的说话比起来，Matlab弱爆了。然而要谨慎的是，Matlab最强盛的用具是Simulink，通过它你险些可能仿真通盘的物理体例和操纵体例。我发起同窗可能通过Simulink完成一个倒立摆，然后认识Matlab的强盛之处。对此我激烈引荐一个很好的教材（§ion=SimulinkControl），它详明先容了极少经典的操纵体例何如判辨以及用Simulink完成。然后我再激烈引荐一个讲Simulink内部一个愈加和物理仿真亲切的用具Simscape（Control of an Inverted Pendulum on a Cart）的著作。阅读并完成了这两篇著作里的实质，同窗应当会对倒立摆有了对比深远的看法。倒立摆是机械人学中一个至极苛重的模子，由于火箭、导弹、双足机械人、四足机械人，基础都是倒立摆的变形。你我方完成出来的simulink模子肯定要存好，自此能够还会再拿出来防备看。

　　要是你依照我之前说的举措搜索了极少HTML和Javascript的技巧，那么JQuery，bootstrap，AngularJS你依然多多少少明了是奈何回事了。web后端的技巧，譬喻PHP和MySQL，也可能清楚一下，LAMP要学会奈何修设。要是有同窗找你协帮写幼网站，尽量去帮个忙，帮别人做网站是普及我方体例编程才具的好实习。正在做网站的历程中你能够还会趁机学一学何如用Photoshop和Illustrator让网站显得更美丽。这些才力有最好，没空学也不要紧。

　　大三最先的岁月，你可能正在学校的机械人队里负责苛重脚色了，或者或许指导一个幼团队列入幼型的机械人竞争。你正在系里以至院里都幼驰名气了，能够有的人叫你大神，有的人感到你技巧还不错。然而肯定要记得你现正在的程度放到另表埠方应当不算什么。每年我都往大疆的RoboMasters夏令营招进100个和你现正在的程度相当的同窗。

　　大三肯定要教育出我方逐一面独立造出一个完备机械人的才具，譬喻一个Robocon程度的机械人，或者一个RoboMasters的战车，或者一个四旋翼飞翔器。

　　Robocon程度的机械人，涉及豪爽的呆滞安排，单片机开采，电机驱动的开采，码盘和超声波等传感器的读取，底盘运动学的准备，PID调试，职司调整逻辑的调试，舵机操纵。RoboMasters的战车的呆滞个人轻易极少，然而还需求实行云台的操纵、发弹体例的操纵、功率操纵等方面的学问，别的你也可能不搞这些个人，进修进修视觉识别和主动袭击，那么就要最先查究OpenCV（OpenCV OpenCV）了。

　　四旋翼飞翔器的呆滞个人最轻易，然而算法对比杂乱。关于大三学生来说，从零最先一步到位写一个不乱的飞控对比疾苦，由于飞控内部有良多轻微的学问点要谨慎。目前我没有发掘什么对比好的竹帛引荐，已有的极少合于四旋翼体例的书要么太浅（上来就教你焊电道），要么太深（上来就教你state estimation），据说@Liu Top的exbot幼组正在写一个教材，我短长常期望的。进修四旋翼飞翔器有下面几个设施：

　　现正在开源社区的人言必pixhawk，原本我感到从进修的角度来说，pixhawk太贵，况且不适合进修，我对比引荐的是首页-第七实践室这家淘宝店卖的STM32F405飞控，买回来自此我方再任意买个机架（譬喻大疆F450）、给与机和遥控，就能依照飞控板附带的进修原料、调试软件飞起来。

　　chiplab7的飞控板附带一大堆进修原料，对加快率计、陀螺和磁感计都有很防备的诠释，硬件链道图也很详明半岛·体育。chiplab7淘宝掌柜的又很不苛肩负，我学用的岁月，发当代码有bug和看不懂的地方，都可能直接找掌柜问。

　　看完代码自此，对一个飞控体例的基础模块：式样解算、操纵解算、混控输出、遥控器管造、嵌入式管造就很懂得了。然而这内部有良多技巧是需求别的进修的。除了基础的嵌入式编程以表，又有要把大二大三学的信号管造方面的学问再捡起来看看。由于飞翔器正在空中有振动，会让加快率计发作噪声，为了把这些噪声去除掉，需求对加快率计给出的信号做低通滤波管造，何如采取滤波器的参数呢？要是滤波滤得太狠，延迟就会对比大，对操纵的呈现会有影响；要是滤波滤得不足，能够会有极少低频的噪声无意会浮现，导致加快率计的观测不行用。别的最苛重的是要认识式样解算和操纵解算这两块学问。chiplab7的飞控板的代码采用的是最轻易的互补滤波算法做为式样解算模块，然后操纵解算是对欧拉角的三个角度做闭环PID操纵，基础都是根源的根源了。

　　chiplab7的飞控是靠气压计定高的，飞翔成效至极豪放。这岁月可能淘宝买个20块钱的超声波模块，然后我方写个高度环去不乱飞控的定高呈现。

　　我感到这个历程至合苛重，由于高度操纵相对来说是个对比直观认识PID操纵的式样，况且chiplab7的飞控加高度操纵至极好加。任务量不大，由于改观成效很明显，因此可能让人很有结果感，加深一连进修的欢笑。

　　这一个人大三是必然来不足学的，然而我仍是正在这里列出来，由于这些学问你之后都需求缓缓学，我也会正在之后无间反复提到这些学问点。

　　1. 刚形式样的表现、运动学方程和动力学方程。合键是对牛顿-欧拉方程的看法和认识、刚形式样的欧拉角表现法、式样与角速率的相合等等。

　　这部辩白杂乱不杂乱，说轻易也不轻易，我同样是没有找到一本完备的书全都先容过的，是学了好几个差异的书和论文自此搞懂得的。现正在看起来是从入手对比靠谱。

　　知乎闻名网友vczh也曾说过，进修要抱着敢于造轮子的心态才力发展。因此正在熟练了别人飞控根源上，可能我方重头造一个飞控的轮子。可能我方从芯片最先从新画一个飞控板，读读STM32的芯片手册、读读各式传感器的芯片手册，我方手画一个飞控的道理图、做PCB layout、造板我方焊元件，全套花不了1000块钱，或许加深良多对硬件的认识。这一个人要是大三没空，也可能不搞了。

　　修设全部机械人的历程中要尤其器重文档的积蓄。正在你大三末期，你能够跟着学校的机械人队备战竞争，你能够主力肩负一台机械人。你应当我方列一个excel表格，把机械人用了几颗螺丝，几根导线，每个零件的规格是什么，都列出来。这个表格一方面可能用来帮帮团队打点机械人的物料，一方面也是你我方的履历技巧积蓄，他日你做的其他机械人能够多多少少都是Robocon、RoboMasters机械人的变形。

　　另一个积蓄是修一个我方的buglist，buglist包含什么呢，可能像冷大如许：做操纵、机械人等算法工程师是如何一种体验？ - 冷哲的回复，就轻易把极少我方的爆发过的题目和末了的办理法子陈列下来。譬喻说“杜国线接插位不屈稳容易脱开，接好后应当用电工胶布再裹一圈”，“表发给淘宝加工的呆滞图纸，要尤其谨慎和加工商疏通有没有漏掉极少细节，如重头螺丝孔，合节的倒角”等等。你也可能帮其他机械人的题目也做如许的记载。buglist可能便是一个轻易的文本文献，要是你从来往内部积蓄我方任务中的记载，等你他日任务了，这个文献能够会值良多钱。

　　大三的岁月学校应当会开设软件工程的课程。不管你是不是这个专业，上不上这门课，都应当主动去听一听，以至随着课程的安排功课一道做一做。软件工程我感到是机械人为程师务必具备的认识，由于一个机械人体例里涉及豪爽的硬件体例和软件效用，软件的个人往往还会涉及差异的说话、差异的编译境况、差异的开采用具链。几一面协作的话，多人的专业布景、编程习俗都纷歧致，这就导致差异的代码和模块之间的条约疏通至极杂乱，务必尽早用UML和其他软件工程的用具帮帮团队认识和相互疏通。

　　大三的岁月学校应当还会开设操作体例道理和嵌入式体例道理的课程，而大二的岁月讲过准备机构成道理（所谓的微机道理）。从大三最先同窗需求最先领略及时操作体例和非及时操作体例的区别、道理以及应用时需求谨慎的地方。这是一个对比杂的学问点，我目前没有找到很好的教材去先容。正在STM32上，有freeRTOS，uCOS，Vxworks这么几种及时操作体例；Linux是一种非及时操作体例，然而可能通过打补丁形成及时操作体例。这些操作体例的细节正在机械人开采中都市多多少少被涉及到，同窗们可能随时上Google和CSDN去查大神们的先容。

　　别的尤其苛重的一点是机械人体例里的嵌入式平台都有烧坏的能够性，有能够正在某个嵌入式Linux平台上面辛忙碌苦写了一个多月代码，这个平台忽地烧坏了，代码也就丢了。于是你的机械人要是有嵌入式Linux体例正在内部，肯定要尽早顶起来道由器，代码守时提交SVN或者git。

　　大三的暑假你能够会举动学校机械人队的主力去参赛了。备战竞争和参赛是一件陶冶心性的事务。我正在学生期间领略过和告捷擦肩而过的痛楚，领略过没机遇再来一年的可惜；也正在肩负大疆RoboMasters竞争的历程中被那些痛楚和可惜的学生当做发泄的对象，至极有感觉。我感到列入机械人竞争，很戮力，然后腐败了，是一件让人敏捷发展的事务。同窗要是有机遇，肯定应当列入起码一届机械人竞争。

　　大三的暑假你也可能采取来列入大疆的RoboMasters夏令营，合于夏令营多人可能看这个知乎问答清楚更多：列入Robomasters 2016夏令营是如何一种体验? - DJI 大疆立异。每年咱们都正在宇宙周围内寻找有肯定技巧根源的学生，让他们一道分组做一个主动机械人的挑衅。这个夏令营，举动构造肩负人，不虚心地说，我感到应当是全宇宙周围内最好的技巧类夏令营。

　　大三的暑假有一件很苛重的事务便是忖量我方大四应当干什么。日常来说，你现正在的才具保本校查究生必然没有题目，当然你也可能采取考其他学校的查究生或者出国留学。固然说你现正在才具依然很一切了，然而你还需求2-3年的时期一切提拔我方更多的才具，才力迈向优异之道。不管是出国仍是保研，最苛重的目标是给我方争取到另日2-3年或许正在一个卓越的境况中定心提拔我方，有对比好的进修资源，或许到场到极少不错的项目中去。能够其他有些行当，出国留学永远是比正在国内待着更好的采取，然而机械人行业并不是如许。咱们国度这两年正在机械人方面普及也很速，况且咱们国度现正在对比有钱。就像我最先说的那样，机械人是富人的举止，现正在你正在国内也能找到极少很有钱的实践室可能造对比牛逼的机械人。别的表洋良多对比强的机械人公司也都正在做对比敏锐的军方项目，去找熟练能够对比受局限。

　　出国去学机械人学方面的学问你有良多不错的采取，譬喻宇宙第一的机械人查究院卡耐基梅隆大学，或者麻省理工学院的CSAIL实践室。北美古板准备机四台甫校（麻省理工学院，卡耐基梅隆大学，斯坦福大学，加州大学伯克利分校）里，除了斯坦福大学热火朝天正在搞人为智能以表，其他几个学校的机械人查究都很不错。除了四台甫校，你又有良多其他的采取，就像我最先说的那样，机械人是富人的举止，要是思接触到最好的机械人资源，你要采取有钱的实践室，而不是驰名的实践室。

　　别的你还需求正在大三的尾巴上选定我方他日的细分查究偏向，况且最先往这个偏向深挖，也便是我正在著作最先提到的感知、认知、举止几个偏向。当然同时你也不行减弱其他方面的学问，加倍是数学根源。我正在大三的暑假特意找数学系的同窗给我开了个数学幼讲座半岛·体育，进修了一点空洞代数的学问，对我自晚辈修暗码学帮帮很大。同时我也读了极少拓扑方面的教材（有一本很奇妙的书叫做Topopogy Without Tears/），如许才认识了为什么数学判辨要用稀罕的符号去诠释极少看起来很普通的意义。

　　大三阶段的机械人为程师该学什么根源数学是莫衷一是的，正在我看来，你要基础左右“群是什么”，或许用代数的目力去证实det(AB) = det(A)det(B)，还要能认识“用一张纸就可能变出克莱因瓶”（当然是正在四维空间里）。别的，你这个岁月也要或许认识到我方需求再学一遍线性代数。

　　大四最先了，你可能最先深挖我方的查究偏向，同时也要最先学极少高级一点的通用技巧和表面，这岁月你和日常的呆滞、电子、准备机学生就不太相通了，你固然也正在狂编程，但也正在狂进修物理和数学。通用技巧包含ROS，simulink，gazebo和Vrep等用具。通用表面包含，再学一遍线性代数，学学凸优化、数值准备、挽回表现法等方面的学问。这些学问你正在大四仅仅只可开一个头，由于你的大四要熟练、卒业、考研、毕设，你会至极地忙。有些人会正在大四进实践室和教授发论文，我一面感到发论文这件事没需要操之过急。你的全部大学光阴应当用正在平凡涉猎各式各样的学问上面，而不是深切某一个轻微的查究题目。

　　大四可能最先读极少闻名初学竹帛，我把这些书不分先后地列出来，你没有需要一齐去读，况且每本书先读前几章就够了，能读多少尽量读多少。

　　就像我最先说的那样，这些书，大个人尤其贵，还好有极少业界良心的作家放出了他们书的电子版。当然你也可能去极少名字都不行说的网站去找影印版。

　　正在读上面这些书的岁月，matlab，python都要放正在手边，然后把书内部的学问尽量履行出来。良多教科书里都市正在章节后面的习题里放极少写明是用matlab做的习题，要尽量多做极少如许的题。

　　你能够早就据说了ROS的台甫，然而最好不要正在大四之前去碰它。由于ROS用了良多操作体例和汇集的底层技巧。我正在知乎回复妙手可能说说ROS机械人操作平台开采的极少履历吗？ - YY硕的回复里有轻易的先容。ROS的安排方针是把机械人的操纵和传感器管造的软件和它的硬件隔脱节，用上ROS自此，你可能容易地用到良多能直接跑的软件代码。然而ROS从初学到通晓需求起码一年以上的时期，你务必无间地用，无间地考试新的代码和硬件，才力对它熟练起来。

　　ROS的可视化用具Rviz内部临于机械人挽回的表现用的是四元数，而正在你之前查究四旋翼飞翔器时，内部的代码表现挽回用的是欧拉角，做式样解算用的能够是四元数。这个岁月要最先无认识地去进修挽回表现法之间的区别和干系机器人。

　　要器宏大四光阴的熟练和卒业安排。良多大四的学生卒业安排都市至极颓地做一下，我感到是欠好的。要把做卒业安排的历程看做一个正式的项目。这个项目除了做好技巧方面的任务，也要做好揭示方面的任务。中国工程师的一大特色是，不会表达我方，能够做的东西程度很高，然而做出PPT就会犯字体花哨不正式、一页上面字太多，图文没有干系等表达上的题目。通过PPT先容、揭示我方的成绩正在工程师的职业生计的任何一个阶段都至极苛重，它以至也肯定水准上局限了机械人为程师或许抵达的高度。惟有或许把我方的成绩明晰地表达给我方的团队，才力得回其他人的反应、通过疏通普及团队的满堂凝固力和学问程度，如许我刚正在团队或许得回更多的认同，有帮于团队满堂任务结果的普及。我每年去列入几次学术集会，都正在集会上感触到极少中国的科研职员走到国际上自此，演讲才具很差就会导致他们的科研成绩不受器重。当然其他国度的科研职员也是如许。

　　为了写出头子的技巧叙述和卒业论文，你可能最先进修Latex。Latex举动国际国内第一写作神器，进修原料正在网上有良多。Latex的进修和应用同样也是需求无间地游刃有余，多写多练就熟练了。写卒业论文有个题目是奈何做出精深的矢量图，我引荐Draw Freely Inkscape，一个比Illustrator更轻量化、然而有些效用反而更强盛的免费软件。

　　关于那些思申请出国留学的同窗，你要做一个我方一面的成绩揭示，用网页的办法涌现对比好。把我方Github链接（要是你按我说的，大学第一天就申请Github账号，现正在依然是一个三年的老油条了）、做过的机械人视频、写过的技巧叙述和著作（最好是英文的）放正在上面。

　　1. 手写双目视觉里程计。涉及到图像管造、特质完婚、处所解算、空间变换等等。

　　2. 手写四旋翼飞翔器基于GPS的轨迹筹办。涉及到深挖四旋翼飞翔器的运动道理、IMU道理、轨迹天生和优化等。

　　3. 造一个被推了也不会倒的双足舵机机械人。涉及到舵机操纵、倒立摆修模、动力学判辨、PID操纵、IMU道理等。

　　4. 深度进修磨练一个幼车追人跑。涉及到深度进修用具包应用、数据集收罗、数据集判辨、幼车操纵等。

　　5. 呆滞臂给人端茶倒水。这个相对来说土豪一点，由于能直接拿来用的呆滞臂都很贵，这个要看实践室有没有条目了。涉及到多自正在度呆滞臂道理的进修、用具包的应用、轨迹筹办等等。

　　这几个项目要做好，都要连续加入三个月以上的时期以及肯定的资金，每一个都是表面多于履行。当然同窗们我方也可能我方采取我方的卒业安排问题，然而最好仍是选做出来能跑能飞的东西，同时避免采取需求花豪爽时期去拧螺丝、焊板子的问题，尽量买现成的电机、开采板、3D打印布局，大四要多给我方留时期去看书和写代码。

　　大四到查究生之前的暑假，最好去极少对比不错的机械人公司熟练一下，譬喻说大疆。当然你也可能一连做机械人竞争，譬喻RoboMasters和大疆的飞翔器竞争。

　　查究生的岁月，你的方针对比明晰了，便是做一种机械人起码两年时期，并从中发现出可能公布论文的学问点。上面我给出的书单内部，你要最先精读内部的几本。

　　要是做机械人视觉定位、传感器调解方面的查究，1、4、5、7四本书肯定要精读。

　　要是做筹办算法的查究，那么还要读其他偏CS极少的书，譬喻讲A* search，random forest，图论方面学问的教材。因为我正在这方面成就不深，就不托大了。

　　我现正在至极不发起同窗们采取从四旋翼飞翔器的动力学操纵里找题目举动查究课题。由于四旋翼飞翔器的特色依然被查究透了。目前国际上对多旋翼飞翔器的查究合键会集正在造极少奇葩形态的飞翔器，以及给多旋翼飞翔器上装配一个呆滞臂去做力操纵，如许做就对多旋翼飞翔器操纵的动力学形成了极少影响。于是需求同窗对动力学和多自正在度呆滞臂操纵有对比深的看法。

　　主动导航和驾驶是这两年的热门，一方面汽车的主动化是大局所趋，另一方面多旋翼飞翔器异军突起，发作了良多对主动飞翔的需求。除了机械人视觉定位算法以表，同窗还需求进修其他的传感器，以及这些传感器与视觉定位算法奈何调解。这内部有良多坑，譬喻准备量的题目，奈何确保调解算法不崩，奈那管造传感器的延时等等，都需求同窗连合我方的项目去踩，坑踩得多了才力发展。要是多人思找一个多旋翼飞翔器平台查究主动导航，我引荐大疆的M100，我依然正在知乎回复RoboMasters2015夏令营是如何的？ - YY硕的回复里吹过一波M100，前面说过的本年夏令营的知乎回复列入Robomasters 2016夏令营是如何一种体验? - DJI 大疆立异里也有人帮我吹了一波。

　　极少大学里学过的学问点，是务必连合查究生光阴的项目标需求弄得很领略的，譬喻三大变换（傅里叶变换，拉普拉斯变换，Z变换），挽回表现法（欧拉角、四元数、挽回矩阵），数值准备奈何防卫矩阵浮现数值题目等等。除了我方的项目，还需求把凸优化、卡尔曼滤波又有多自正在度呆滞臂的操纵进修一下。这三个范畴的学问，是任何一种机械人都市用的到对比难的学问。

　　凸优化和凸优化的各式变形短长常苛重的学问，由于各行各业里的查究题目，多半是会创办一个优化题目去办理的。上面提到的《Convex Optimization》web.stanford.edu/~boyd/cvxbook/bv_cvxbook.pdf，也是一本神书，同窗们肯定要不苛读一读。Matlab、Python、C++都有极少现成的用具包可能帮帮你解优化题目，可是最好同窗们能我方手写极少基础的优化算法，譬喻gradient descend，barrier method等等。别的现正在主流的SLAM算法，后端都是通过一种叫做g2o的优化算法来出成效的。况且g2o或许整合bundle adjustment 和structure-from-motion这两大准备机视觉里的合节题目，可能说是一种很好的准备思思了，至极有需要进修一下g2o。

　　多自正在度的呆滞臂的难点正在于呆滞臂的运动学正反解、运动学操纵和动力学操纵，基础是一个修模判辨和数值算法完成的题目。要是你所正在的学校没有一个财力雄厚的机械人实践室的话，你基础上没有机遇接触到多自正在度的呆滞臂。这岁月之前学到的Simulink和就要学的Gazebo就派上用场了，你可能用Simscape内部的刚体搭一个多自正在度呆滞臂，然后通过Simulink仿真去进修呆滞臂的操纵；也可能用Gazebo的URDF说话写一个呆滞臂，然后通过Gazebo和ROS的接口去操纵呆滞臂；也可能用ROS内部的闻名用具包MoveIt! Motion Planning Framework，可是MoveIt的题目是，他只可仿真运动学，而不行仿真动力学。工业范畴对多自正在度的呆滞臂操纵通俗用一个叫做D-H表现法的修模用具（Denavit），这个东西我并不太会。我只会向同窗们引荐我导师的著述《A mathematical introduction to robotic manipulation》（cds.caltech.edu/~murray/books/MLS/pdf/mls94-complete.pdf）。

　　有一个至极奇妙的结果：《A mathematical introduction to robotic manipulation》这本呆滞臂操纵范畴的闻名教材的第二章和准备机视觉范畴的闻名教材《An Invitation to 3-D Vision》的第二章基础是相通的，都正在讲挽回表现法。这是由于通盘的挽回表现法都可能概括为一种斯文的李群布局：SO(3)群。而准备机视觉和呆滞臂操纵都涉及到认识刚体的挽回，结果上用准备体例去观测和操纵通盘的刚体组成的体例，认识挽回都是很合节的题目。挽回表现法应当举动查究生阶段的一个苛重进修的学问点。

　　查究生阶段还要教育的一个才具是借帮各式用具仿真机械人体例的才具。明晰地，良多机械人体例真的造出来的话造价高贵，需求正在现实修设之前写一个对比确切的仿真体例出来测试算法。我感到做仿真体例的才具直接量度了机械人为程师的技巧程度。当你最先要搭一个仿真体例的岁月，第一步是通过欧拉方程和牛顿方程确定刚体的运动特色，以至要我方写刚体二阶微分方程；第二步是确定刚体之间的互联相合，安排差异类型的合节，要是有软性连合需求插足弹簧阻尼模子；第三步是确定被仿真的刚体体例会不会和表界发作碰撞或者其他办法的力，要是有的话，需求安排合意的接触力和摩擦力仿真的模子。多旋翼飞翔器的仿真是很轻易的，不需求推敲什么接触力。然而多自正在度呆滞臂基础都需求仿真接触力，不和物理宇宙去交互的呆滞臂惟有很幼的实居心义。而或许自行运动locomotion体例，譬喻双足、多足机械人，则涉及到更多的接触力，多到接触力都市影响仿真体例的数值不乱性。搭修一个仿真体例需求很强的体例修模才具和数值判辨的才具，固然Simulink、Gazebo、Vrep供应了差异水准的用具简化你的任务，然而要让仿真体例或许不乱运转，必必要能深切个中的细节。有些看起来很魁伟上的仿真用具，譬喻Nvida的PhysX，正在仿真的岁月是粗心掉科里奥利力的，要是不认识仿真的性子，能够就会粗心这一个苛重的缺陷。

　　你的进修盘算亲近尾声。现正在你依然进入了一个很好的形态：看到一个机械人，或许很顽强地判辨出它用了什么传感器、实践器、准备平台大抵是什么量级，他的实践机构或许担当多少力气。看到一个新的算法，或许约莫剖断领略它的实践流程，正在什么合节做了优化。看到一个新的没学过的学问，或许判辨出它和你以前学过的什么学问有干系，你还需求再学什么才力弄懂得这个学问点。

　　查究生二年级要深化第一年学到的那些技巧和学问，要做到完备地读过四五本书，五十篇以上的论文。你依然积蓄了几万行代码的履历，也能熟练地评论谁家的电机回差幼，谁家的电机线性水准好。

　　你这个岁月可能去写作极少论文，也可能最先进修极少更高级的技巧和用具，譬喻用FPGA和GPU优化算法、魔改Linux内核、玩玩液压体例、清楚更多机械进修的学问譬喻加强进修等等。你也可能从准备机图形学或者准备力学内部找到极少帮帮你更好实行机械人仿真和体例判辨的用具。因为你懂良多机械人方面的学问，你可能给学校的机械人队做领导，或者带队列入极少对比有挑衅性的机械人竞争。

　　写到这里，我就不行够给出良多差异范畴的领导了，由于跟着进修的进一步深化，我我方熟练的范畴也正在缩短。我只可对几个范畴给出我的主见。

　　对视觉定位和传感器调解来说，SLAM急需新的冲破，目前通过几何桎梏去完成loop closure看起来依然走入了末道，没法有更多的起色了，下一步可行的偏向是与深度进修实行连合。全部的极少先容可能阅读行业中大牛的一篇著作computervisionblog.com/2016/01/why-slam-matters-future-of-real-time.html，记述了几个业界大牛们最新的见识。传感器调解技巧，目前又有良多题目可能搜索，由于传感器的延时、不屈均的信号，会给定位体例形成困扰，何如去除这些扰乱机器人，需求创办对比杂乱的非线性优化题目，全部可能合怀香港科技大学Shaojie Shen的任务。

　　关于多自正在度呆滞手和机械人的locomotion来说，这内部又有至极多可能搜索的查究题目。我前面提过接触力和摩擦力很难仿真，大神告诉我现正在没有任何一种用具和表面能把接触力和摩擦力无误仿真出来，于是何如正在机械人体例里妥帖管造对这些力的操纵，便是很难的题目了。现正在业界的一个前沿起色偏向，也是欺骗机械进修技巧来帮帮机械人学会管造这些表力，可是人类目前最卓越的多自正在度机械人体例，Berkeley的Brett机械人，叠几块积木就要用特别钟（New ‘deep learning’ technique enables robot mastery of skills via trial and error），明晰又有良多提拔的空间。这方面的题目同窗可能合怀知乎大神。

　　末了我思再夸大一遍表达才具的苛重性。你可能从我方带的课程和机械人队入手，把我方这几年来学过的学问做成PPT讲给学生们听，然后让他们给你反应。多做如许的实习，提拔我方做演讲的才具，这他日会让你受益匪浅。

　　查究生二年级之后，你可能预备进机械人公司任务了，也可能按照你我方感意思的查究偏向申请博士接着戮力。因为你依然左右了宏壮的学问和才力，你的职业生计将会大有举动。

　　我从2008年睁开我方的机械人生计。那一年波士顿动力刚才宣布他们的大狗机械人，Python仍是很幼多的说话，Ubuntu 8.04还很不不乱，Chrome还没有多少人明了。正在之后的几年中我目击了深度神经汇集的回复，看到波士顿动力的机械人日渐强盛，体验了ROS的发源和强盛，帮帮了大疆的振兴，深深为这个财产的另日感触煽动。我生气这篇著作或许帮帮更多的年青人进入机械人学的海洋，为另日机械人学的一连起色进献力气。半岛·体育机器人呆板人为程师练习方针