998 - 【整理】998谈数学 6 数学与机器人

苍狼大地

2.2 机器人行业
          — Q: 波士顿动力公司最新力作，人形双腿双臂机器人
998: 以前大家都觉得小鼻子玩人形机器人水平高，告诉他米国佬与小鼻子就不是一个档次，控制水平比小鼻子高的多，其动作反应速度要快的多，不是一个数量级的，其数学模型与控制系统都是世界独一无二的东西，大家不信，
          — C: 998说的陀螺仪用矩阵是算末端位姿吧？至于齿轮机床可能就是算加工的刀头的位姿，不知蒙的对不对。
齿型的设计和加工就需要坐标变换的相关计算，刀具的坐标和齿坯的坐标与齿型的数学方程.
998: 对于一个运动或有交集的东西，你看那个东西的视点不同，需要不同的坐标系，把一个相对的问题转化成你可以操控的模式，在你可以操控的条件下玩，玩齿面是这样，玩飞行器的姿态也如此，说来，都是一个东西，
          — Q:美国大狗机器人设计
过侠：我们去年给一个公司作过这东西的详细分析报告，难点在于：
1 ，数学模型，这东西的数学模型，那个公司一定玩了不少年，按推测，起码3年玩不出，玩出来还要仔细修正，没有2年，也不可能，
2 控制系统，别小看这个捷联平台，由于动作幅度非常大，牵涉多维同时修正，计算非常复杂，DSP的水平很高，在数学模型的基础上，运算速度非常高，我们现在 不可能有器件，. U8 w* 3 那个小汽油机的可靠性很高，对环境的适应性非常强，
4 执行机构的设计，包括驱动器件，现在也解决不了，这类东西在世界上无处采购，必须自己玩，
结论是，6-8年之内，无论你怎 么山寨，达到现在的那个东西的实际水平，基本不可能，还有投资很大，项目组起码要10个家伙，每人每年按60万计算，仅人工支出要6000-8000万的 水平，其他不计，
不仅是模糊控制那么简单，举一个摔跟头的例子，小孩走路摔跤，是因为头脑中的比对样本少，但基因里的东西依然可以保护你，比如松弛处理，所以孩子从高层跌 落以后，摔死的不多，其跌落控制技术，采用最大面积法，到一定年纪以后，样本逐渐取代基因决策，而起主导作用，当踩空以后，你的直觉算法是控制接触，减小 损害，这个是不过脑子的，即不经CPU处理，直接由你的DSP信号给肌肉，
所以，大人发生空追 死亡比例高，纠其原因，可以解释为跌落次数少，假如每天跳楼，逐步积累，死亡比例就低了，高空跳伞，发生故障时，当发生高空缺氧昏迷以后，死亡率又低了，4 所以，说回原来的那个典型东西，当驴踏 空以后，接下来发生什么? 怎么玩？这个是学问，当时会场就安静了，别看这么一个例子，米国有几千人在玩，玩好多年了，有模型，有算法，有器件，
我们 有什么？ 当时大家鸦雀无声了，哈哈，请大家说一个控制转换的问题，说说转化速度，没有一个家伙敢开口，这就是问题的实质，不在于你头上有多少顶帽子，帽子可以买， 很便宜，我问的是算法，这个没地方买，
银子对我国现在是特别小的一个事情，也是最简单的问题，除去银子，我们什么都缺，可叹是有银子，但没人办事，这是可悲的
螺旋大虾高人，火星车与这个驴子的设计还不是一个思路，火星车是低速系统，主要是环境严酷，材料难以选择，系统是强调自分析与自救启动，对能力供应问题比 这个简单，- O* O2
这个驴子主要是功率比较大，要求反应非常迅捷，在高速下要进行快速决断，另外处理静态功率非常困难，比如汽车有怠速，怠速要耗油，而希望这个驴子在静止时 是不消耗的，但遇到突发情况，要有很大的瞬时功率，像人，平常你静止时消耗的功率非常小，但当有人在后面举大刀追的时候，能翻2米的高墙，这就是瞬时功 率，处理这个特非常困难，不是一般什么液压，蓄能器等常规手段可以解决的，很难，
我觉得，俺玩 火星车，基本没有问题，但玩这个，大概只有30%的能力，许多问题要研究，没有现成的东西可以用，
在动力供给方面，俺可以玩50%，包括超飞轮，多级磁力耦合器，超高压闭式循环等，
控制策略可以玩 20%，包括一般平衡，越坑等，高级的玩不了，
整体结论是：玩不了，哈哈
假如现在开始玩，有3亿的 资金，5年可以玩到米国的90%，这个俺可以保证，因为可以看俺现在的论证和现在的水平，

苍狼大地

— Q: 有哪位大侠知道这个现象，就是多自由度空间机械臂之类的结构，为什么有的运动起来很僵硬而且到位置了还会发生颤抖现象。像日本的焊接机械臂为什么能够流畅的运行，而且不是很僵硬，而且到位置了不会抖动，感觉就像人的胳膊一样，这个是什么情况呢？
A: 属于机械系统动力学问题，不仅仅是机构设计符合要求还要求控制系统的配合，比如到了那个位置就该开始减速。
C: 国内的为什么感觉就很僵硬呢？是不会分析动力学还是控制不行，还是电机和减速机不行，还是机器人本体不行啊？
C: 动力学前馈问题，解决起来比较麻烦。由于我朝过分的相信读书无用论，而这东西经验又做不了，所以没有多少人会做。\
机械臂大多都属于细长杆的结构，在设计时不单要按照运动学 刚体动力学计算，还有考虑振动问题，因为工作频率已经在低阶模态的范围内了，会引起系统的振动， 就像卫星太阳能电池板的 收放机构。
启停过程都是属于非稳态，比如一个斜坡函数，脉冲函数，都会产生激励
998; 就是所谓的‘协调问题’，有专门的课程讲这个的，德国好像有一个软件专门模拟这个的，
所谓的颤抖，就是加速度处理不好，这个与玩凸轮是一个道理，国内凸轮也没有玩的好的，就是加速度、减速度、过渡不好，
这其实也是一个数学问题，
你可以自己列一个方程式，对应一个臂杆，列一个解析方式，给定一个加速度，再变换成减速，就可以计算这个力有多大，力就引起臂杆的变形，反复变形，就形成抖动，
减小这个‘抖动’，一个方式是使臂杆非常轻，假如轻到没有质量了，就不会抖动，当然这不可能的，但可以尽可能轻，就可以采用碳纤维，
再一个就是用合理的加速度，是臂杆‘变形’最小，当其反复变形非常小的时候，其表现就是抖动幅度非常小，
C: 硬件上有什么问题吗？比如所减速器之类的，国内的听说不是很过关啊
998: 精度控制与减速机有关系，运动计算关系不大，只牵扯惯性问题，国内减速机的惯性大，也不利于减小抖动，
— Q: 像GOOGLE地图只能看静态的，军方的间谍卫星是不是可以看到动态的画面呢？这样是不是太厉害了。。
998: 可以，要用‘孔径系统’，就相当于走一路，看到一个系列片，再连起来，
控制小系统，以色列的最棒，大系统，米国佬的最棒，
现在看动态，一般用无人机，这个比较清楚，那镜头有大概一米直径，当年看到过‘本’，后来是扫描阿国，与巴国，扫描了全国，看到老拉在5米高墙后面散步，但没有正脸，一直是低头的，后来用以色列的‘步态分析’，最终锁定是‘老拉’
孔径系统，是一种数学算法，当然，你说和合成孔径雷达就是用这个算法的，就是这个东西，他用雷达波扫描一个区域，形成一个系列图形数据，再解算这个数据，成像，
发动机有消音措施，夜里都听不见，假如噪音大，就不可能看到老拉在院子里散步，
— C: 大侠假如这个潜水器在深海里，您能谈谈怎么样去控制金属腐蚀吗，其次当潜水器随着深度的增加所受的压力线性增加应力腐蚀对材料的寿命逐步进行，大侠您能谈谈潜水器寿命特性曲线与金属腐蚀已及应力腐蚀是怎样控制的吗，他们之间的数学模型如何建立
998: 深潜器，其使用次数与限，其寿命是应力循环次数决定的，基本与腐蚀没有大关系，根本到不了腐蚀寿命就报废了，而潜艇，是考虑寿命期限的‘腐蚀裕度’，就是留出了腐蚀的量，而这个腐蚀量，是真实海况试验出来的，
C: 大侠金属材料在海水中的腐蚀率是多少 ，这个腐蚀率是根据具体海况实际测试 还是有一定的腐蚀率计算公式做依据
998: 每个海况不一样，各国都不一样，各国有‘海况腐蚀图’，有公开的，有保密的，有些是人家给你数据，你按此玩，但别打听是哪里？这就是工作，你到需要这个数据的时候，甲方会给你的，只是你别多问，因为有些就如此
俺说当年幸亏拼命学数学与流体力学，空气动力学这些东西，就是再怎么退，没得玩了，起码还可以写数学模型，这些东西在国内完全没有人竞争，你随便开价，起码可以维持安稳的生活，不必为生活而担忧，假如当年大学是混过来的，想想多可怕的事情，
其实，机会这个东西，你自己亲自试过才知道那是什么？俺说玩过不少东西了，玩一个电炉的特钢厂，你无论问俺哪部分肯定都会清清楚楚的，不可能有含糊的地方，即使这样，能怎么样？当行业萧条了以后，你能奈何？
— C: 想请教下大侠，我研究机器人运动学和动力学，偏向于数学了，感觉有点虚幻，请教大侠在国内是搞普通非标机械自动化好点，还是搞算法应用好点，感觉算法就是偏数学了。
998: 从纯粹玩银子讲，玩算法收入高，算法，就是纯数学，

苍狼大地

— Q:最近看到很多关于机器人的帖子和电视报道，尤其是去世博会，最大收获也是看了很多国家的机器人，个人感觉机器人这个行业还是挺有发展前景的。现在很多高校 也成立了机器人研发中心，并且推出一些机器人出来。社区里扫街大侠关于新技术的帖子，很多也是关于机器人的，不知道国内开发机器人技术怎么样？发展前景怎 么样？大家怎么看这个行业，发表一下看法？
过侠：假如你有条件玩深了，就可以玩，泛泛玩没有出路，
你可以玩一些分支，比如计算，数学模型，控制方式，大惯性系统等，
玩窄行 业也可以，比如高空，比如深海，俺玩深海的，可以交流，
玩一般工业机器人没什么大的出路，首先有洋货，你没法竞争，其次你没有时间开发新技术，也没有资金，偶然有个新东西，很快被仿制，所以怎么看都没有出路，
我是玩一些定制的东西，事先把东西玩到80%，放在那，有需求的时候，拿出来谈合同，你有定价权，即使玩一次，也有利润，比如玩过在1200度工作的机械 手，这些东西一要就很急，你有成型的设计，就有市场，但玩一两次，人家看到你有利润，你就完蛋了，哈哈，
总体看，玩一种东西，在中国就没有出路，玩火箭都没有出路，他们还得玩其他东西挣钱，光玩火箭要挨饿，
基础研究很差，算法落后，没有途径去学习，洋人玩这个的都是非常小的公司，你找都找不到，洋人大公司，找这些小公司作计算，再配硬件，有些有长期合同，比 如20年的买断期，而鬼子有信用，不肯再卖他人，
硬件掌握在米国手里，高级的属于禁运物品，你也摸不到，海龟回来说能玩，都是大骗子，骗一大笔钱回北美买房子去了，你奈何不得，还不愿意说被骗，怕丑，
深入一个行业，你才能知道它的真实状况，玩过这些东西，你才知道差在哪里了？有合同的时候，你才知道什么东西是你搞不到的，即使再多的银子，你都搞不到，
玩过，你才知道谁在混而且唱高调，见的家伙多了，你才知道谁在误国，而你没有办法，
— C: 大侠 特种机器人有前途吗 像美国波士顿动力大狗那样的
998: 前途非常大，但国内解决不了，主要困难在数学模型上，你可以深入了解一个高等级的雕刻机，就知道数学的重要，计算水平不行，那个狗根本就走不了
— C: 8爷，您说的深潜器机械手运动导致的潜艇重心偏移，是如何调整的？是内部水箱液体来调整吗？
998: 这个是数学问题，有许多方式，有在机械臂里面有‘平衡器’，计算以后滑动平衡，有在车体内平衡的，主要是计算，看怎么划算，很复杂的，仰俯，横滚，计算一大堆东西，靠陀螺仪信号，计算是DSP，
要踏踏实实算好几年，米国有公司专门算这些，也没人扶持，就是计算好就卖了，连导弹的弹道都是这么计算的，卖给要的官司了，
C: 激光陀螺测姿态，加速度，传感器反馈，伺服控制潜水器舵面及动力系统，设计水平安定面和垂直安定面时加大面积，提高静稳定性。呵呵，学飞行器设计时了解的一点皮毛。

皮卡丘不会打乒乓球

以前思考过那个雕刻机的多个关节是怎么解耦的，但是没什么头绪，先放在哪里以后再想了