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前面拉拉杂杂把最基本的部分都大略叙述了一遍。然而在实际制作和调试过程中，会出现大量的问题。某些问题有可能是不可避免的，并且出现问题也是很正常的。如果有哪个人或者组织在开发机器人的过程中，一路绿灯，没有碰到任何问题，那反而很值得怀疑。尽管这里不能列举所有的问题，并且我觉得每个人遇到的问题也会不一样，但是一些典型的问题和解决思路还是值得分享出来。至少可以做前车之鉴。

大体上问题可以分为一下类别：

• 机械安装问题
• 电气安装问题
• 电源问题
• 电机问题
• 调试问题

机器人是一个复杂系统，覆盖数学，物理，机械，电子，计算机科学，很难靠一个人掌握全部内容。但是制作机器人是一个工程项目，不按照工程项目的方法进行管理和实践，就难免碰壁。如果人为的把机器人项目像切豆腐一样分隔开来，甲负责机械设计，乙负责电子电路，丙负责编写软件，而没有一个总负责人统揽全局。那么最后甲，乙，丙之间必然会出现问题。

这也就是Quadlator II的制作实践中的一条教训。虽然我负责电控，软件，算法和调试，但是设计机械这一部分未和我进行任何沟通。当然这是体制问题和文化隔阂的问题。所以当负责机械设计的学生毕业后，我自然就全力把机械设计这部分接了过来。然后2004年2月开始，开始了Quadlator II++的计划，我从机械开始，除了筹钱之外，全权负责。要不是6，7月间的意外事件，Quadlator II++也许会在2004年的秋天制作成功。

历史不能假设，人生就是如此。

在机械设计的过程中，必须要考虑未来的电气安装问题。否则就会在现实无情的碰壁：比如考虑下面这个四足机器人的俯视图：

机器人的躯干四角各安装一条腿，机器人的腿可以沿纵向轴线转动，为了增强纵向强度，在躯干内部还增加了一条工字梁（用蓝色标记出）。发现问题了么？设计者本意是将电控部分放在躯干内部，他觉得空间还是很富裕的。可是我接过这个机械就发现问题了。并且更为糟糕的是，这时在我手里的不是图纸，而是加工出来的金属组成的机器人外壳。我即使现在提出疑义：“为什么在机械设计时不征求我的意见？”也为时已晚。我们来看看这个问题的结果：

考虑到各个机械腿的转动，以转动轴为圆心的四个红色圆区域内部不能放置任何物体。考虑到公差和一些欲量，这个圆实际会更大。最后只有图中绿色的阴影部分可以放置电控组件。而如果不是对所有电控组件的情况了解，就无法知道这个绿色的区域根本不足以容纳所有东西。

解决只能有两个方法，一个是统筹考虑电气重新设计机械部分，重新加工——所以我在自己设计 Quadlator II++时这么做了——但是这不能解决Quadlator II的问题；另一个办法就是把所有电气从躯干内部拿出来，背在身体后面。结果就是这个样子：

最后，身体里那个绿色的阴影区域用上了没有呢？用了，12个titech robot driver把里面挤得严严实实。而原先计划供电的电池，只好塞在腿内部了。

这样的机械设计造成的问题还很多。究其原因，大部分是由于负责机械设计的人员不和其他人沟通交流，设计结果没有拿出来由所有参与人员评审并征集意见。如果机器人是由一个人制作，这也许不成问题，但是在一个团队中。统筹决策，充分征集意见并进行理性集中是非常必要的。

在电气安装上，最重要的问题就是动力电气部分和逻辑控制电气部分的隔离。比如titech robot driver和电机都放在机器人的躯干内部，金属的躯干就能起到很好的电磁屏蔽效果。由于电机转动在电刷上产生火花，大功率的driver内部也有大量的噪声出现，这些噪声如果馈入逻辑控制电路，就会直接影响系统的稳定性。直接结果可能是逻辑混乱和系统跑飞。

整个系统干扰最为敏感的弱点，现在想来就是电机后面的光电传感器到计数器这一段了。这一段的标准线缆是排线，包括VCC,GND,A, B,Z信号，共5条有用的线缆。这一段线缆，如果弯弯曲曲从各个关节经过身体到达背后的控制电路中的DIO模块，一方面信号要衰减，另一方面一路会耦合进来大量的噪声，造成无法正确知道关节的角度。所以最终这一段我采用了带屏蔽层的5芯电缆来连接。连接过程中由于人手不够，有个4年级毕业生被派过来帮忙，我简单的交待了闭环的原理和接线的要领后，他就开始干。遗憾的是我没有交待如果接线错误的后果——烧毁光电编码器。结果有两个电机的光电编码器烧掉了。光电编码器和电机是定制到一起的。打电话给厂家，答复说烧毁了编码器就等于烧毁了电机。结果备用电机的额定电压是12V的，不得不拿来用。这直接造成了电源的问题。

额定电压24V的电机，采用24V的直流电源供电。而12V的电机可以用24V的电源供电么？开始觉得通过在DA的输出上做限制，只输出一半的控制电压给 driver也许可行，但是结果是电机发热，险些被烧掉。于是只好再定制出12V的直流电源出来。

电源上的问题，归纳下来大概可以包括功率问题和稳压问题两类。功率问题非常直观，驱动控制电路的部分不用很大的功率，嵌入式系统，DA 和DIO总共的功耗不会很大。但是电机则不然，电机和driver的功耗占系统中功耗的80%以上。这两部分电源一定要分开。否则由于电机功耗过大，把电压拉下来，控制部分就有可能失控，系统可能重启或出现其他不可测行为。

即使这两部分电源分开供电，对控制部分的电源仍然要做单独考虑。动力部分电源不足，机器人也就是运动迟缓或者没有力气，比如说站不起来之类的，但是控制部分电源不足，就会直接倒置系统不工作。所以这部分要加上DC-DC，如果CPU发热过大，最好还要加上风扇散热。

电池是在设计阶段容易忽略的。电池的数量达到一定程度时，其重量是一个不能忽略的因素。电池的安装，充放电等等都要充分考虑。另外一个问题就是，电池不同于直流电源，可以提供稳定如一的输出。电池存在一个放电曲线，越是电量不足时，这个曲线的的变化越大。所以采用DC-DC等稳压手段是非常必要的。

最后说说电机相关的一个问题，也是涉及安全的一个重要问题——刹车和motor-free。在前面的部分中，我提到过一些机器人失控的危险性问题。机器人一旦失控，有什么办法能让它停下来呢？也许某些读者觉得可以切断电源，的确我一开始也这怎么想的。毕竟demo还在一段时间以后，到时候再想也来得及，在调试期间发生问题的话，我就切断直流电源接线板上的开关。结果还是吃了亏，直流电源，尤其是给电机供电的大功率直流电源，里面有很大的感性器件。即使电源切断后，仍然能够供电一段时间，这段时间机器人会干出足够危险的事情来，造成机械的损伤。另外一个原因是当最终使用电池时，知道电池电量耗尽，没有有效的办法切断电源，使机器人停下来。

所以剩下的解决方案就剩下了两个：刹车和motor-free，某些driver提供了刹车功能，一旦相应的刹车针脚发生电平变化，就启动刹车控制，使得电机停转。但是这个刹车和我们平时知道的交通工具上的刹车的意义不同，后者是物理上的刹车，用一个刹车垫或者刹车盘抱住转轴，靠摩擦力使之停止转动。而 driver提供的刹车是靠电流电压的调整，这个控制本身是不可靠的，一旦出现问题，就会完全没有办法。

所以，对于没有物理刹车手段的机器人来说，唯一的安全手段就是motor-free，一旦driver上面motor-free的针脚的电平发生变化， driver就会在内部把motor短路起来。这样motor就出于自由状态(free)。机器人瞬间失去动力，就会软绵绵的停下来。

2003年欠下的“文债”，到今天为止，总算还上了。这些内容不过是我还能想起来的部分。 2004年夏天突然回国时，有很多宝贵的资料和图片都损失 掉了（包括Quadlator II++的全部图纸）。以至于今天我都是凭借印象来回忆一些东西，错误在所难免，还望读者能够理解。我写这些的想法有时自己也说不清，不过相信有一些内容 能够对读者有所帮助，希望客观上能介绍一些东西到国内来。这也许是“海归”逐渐变为一个嘲讽词汇的今天，这些拙 劣文字的一点意义。

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