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共通核心:換了形態也不會變的那些
一台輪式 AMR、一隻四足機器狗、一台人形、一台背著機械手臂的搬運車,外觀差很遠,但拆開來有很大一塊是同一批東西:都要有馬達把電變成力矩、都要有編碼器知道自己轉了多少、都要有一條匯流排把指令送下去、都要知道自己在地圖上哪裡、都要算一條不會撞到東西的路。
這一章放的就是這一塊。判準很簡單:把機器人的形態換掉,這篇文件還成不成立? 成立的放這裡,不成立的放 形態分支。
三個層次
| 層 | 解什麼問題 | 為什麼形態無關 |
|---|---|---|
| 10-hardware | 電怎麼變成力矩、感測器怎麼把物理量變成數字、訊號怎麼在板子之間跑 | BLDC 的換相原理、編碼器的正交解碼、CAN 的仲裁機制,不管驅動的是輪子還是膝關節都一樣 |
| 20-firmware | 上位機的意圖怎麼變成馬達實際在轉、當機了怎麼辦 | PID 追目標、控制環要固定週期、通訊逾時要安全減速——這些是控制迴路本身的性質,跟被控對象是什麼無關 |
| 30-navigation | 我在哪、地圖長什麼樣、怎麼從 A 到 B | SLAM 的掃描匹配、AMCL 的粒子濾波、costmap 的膨脹、路徑平滑的曲率連續性,都在「平面上的剛體」這個抽象上成立 |
分岔點在哪
核心不是完全沒有形態的痕跡。有四個地方會分岔,每一處都在對應文件裡標了往哪走:
| 分岔點 | 核心給到哪 | 換形態之後 |
|---|---|---|
| 底盤運動學(輪速 ↔ 車體速度) | 座標轉換與 TF 的 TF 樹與 REP-105 慣例(ROS 官方對「座標系該怎麼命名、怎麼分層」的約定)對所有形態成立 | 差速正逆解只對輪式成立;足式要處理浮動基座與接觸排程,見 形態分支 |
| 致動器選型 | 馬達與 FOC 的 FOC 原理、編碼器 的回授 | 輪式用輪轂馬達 + 行星減速;足式要低減速比、高扭矩密度的 QDD;手臂用諧波或擺線減速機 |
| 狀態估計 | 定位 的 odometry 與 AMCL | 輪式 odometry 來自輪子;足式要靠腿部運動學 + 接觸偵測反推,而且基座會浮動 |
| 控制層 | 下位機運動控制 的 PID、加減速 ramp、逾時保護 | 平衡、全身控制、力/阻抗控制是另一個量級的問題,不在 PID 這一層 |
從哪開始讀
沒有硬體背景 → 馬達與 FOC → 編碼器 → 下位機運動控制。
已經會寫軟體、想直接看導航 → 座標轉換與 TF → SLAM 建圖 → 定位 → 路徑規劃。
看到 §N 這種舊編號不知道在哪一篇 → 查 章節對照表。