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| 本文作者： 金紅 | 2016-09-08 23:00 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者YY碩，來自大疆工程師。原文標(biāo)題《機(jī)器人工程師學(xué)習(xí)計(jì)劃》，全文篇幅較長(zhǎng)，為了方便閱讀，故分為三篇，此為上篇。
很多朋友私信問我對(duì)機(jī)器人和人工智能感興趣，該怎么展開學(xué)習(xí)。最近稍微有點(diǎn)空，我寫寫我的看法。
兩年前，我在知乎回答如何定義「機(jī)器人」？的問題中試圖給機(jī)器人做出一個(gè)比較仔細(xì)的定義，我覺得機(jī)器人和人工智能最大的區(qū)別在于是否要和物理世界進(jìn)行交互。今年初在另一篇知乎“機(jī)器人或人工智能的研究會(huì)幫助我們更好的了解人類自己?jiǎn)幔?/a>”回答中，我說到傳感器是和物理世界交互的基礎(chǔ)。后來，我又在知乎“有哪些與控制、機(jī)器人等相關(guān)的 quotes？”的回答中提到莫拉維克悖論（Moravec's paradox），談到了機(jī)器人學(xué)里公認(rèn)的難題是在物理世界中實(shí)現(xiàn)類人的活動(dòng)能力。
把之前的回答再翻出來是為了支持以下觀點(diǎn)：機(jī)器人學(xué)的核心問題是做好和物理世界的交互。現(xiàn)在主流的機(jī)器人學(xué)分支里，處理與物理世界的交互的學(xué)科分為三類：傳感器和處理算法（激光雷達(dá)，多目視覺，融合算法）；多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)控制（工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)控制和接觸力控制）；機(jī)器人自主移動(dòng)（locomotion不知道該怎么翻譯，輪式、足式、飛行等移動(dòng)機(jī)器人的研究）。我建議對(duì)機(jī)器人學(xué)有興趣的同學(xué)著重在這幾個(gè)問題上面。
另外，根據(jù)世界第一的機(jī)器人教育機(jī)構(gòu)卡耐基梅隆大學(xué)的機(jī)器人學(xué)博士的課程分類方式（http://www.ri.cmu.edu/education/COSAug2016.pdf），機(jī)器人學(xué)有四個(gè)核心領(lǐng)域：
感知。視覺傳感器、圖像傳感器、觸覺和力傳感器、慣導(dǎo)等。
認(rèn)知。人工智能、知識(shí)表達(dá)、規(guī)劃、任務(wù)調(diào)度、機(jī)器學(xué)習(xí)等。
行為。運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制、manipulation和locomotion等。
數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。最優(yōu)估計(jì)、微分幾何、計(jì)算幾何、運(yùn)籌學(xué)等。
結(jié)合卡耐基梅隆大學(xué)的核心課程要求，我覺得我定義的機(jī)器人學(xué)核心問題算是基本沒跑偏的。本文后面談到的機(jī)器人項(xiàng)目都是以上述觀點(diǎn)和課程要求為基礎(chǔ)。
一些可能有爭(zhēng)議性的觀點(diǎn)：
1. 機(jī)器人學(xué)是富人的活動(dòng)。雖然工業(yè)越來越發(fā)達(dá)，但好的開發(fā)板和電機(jī)還是非常貴。如果要下定決心學(xué)習(xí)機(jī)器人學(xué)并且做出實(shí)物，你必須找到做實(shí)物出來的資金。要么是自己花錢，要么就得找學(xué)校的機(jī)器人社團(tuán)，或者找什么愿意資助年輕人學(xué)習(xí)的貴人。另外現(xiàn)在沒有任何一本完整的書可以教你怎么造一個(gè)四旋翼空中機(jī)器人或者大狗機(jī)器人，你需要參考十幾本不同的教科書，這些書不管中文版還是英文版都很貴。
2. 機(jī)器人學(xué)是屠龍之術(shù)。這話是Ninebot創(chuàng)始人說的。雖然最近幾年，平衡車、掃地機(jī)器人、多旋翼飛行器讓機(jī)器人學(xué)開始進(jìn)入人們的生活，但是可行的商業(yè)應(yīng)用還是很少，而且已有的機(jī)器人和理論都還很難解決好與物理世界交互這件事情。所以一定要確保自己在機(jī)器人學(xué)這個(gè)道路上同時(shí)練好了能去其他行當(dāng)吃飯的技能，比如編程、機(jī)械設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。也要做好心理準(zhǔn)備，接受自己有可能在學(xué)會(huì)屠龍之術(shù)以后幾年都造不出對(duì)社會(huì)有用的東西的事實(shí)。
3. 基于上述所說的觀點(diǎn)，如果是已經(jīng)工作之后才想要學(xué)習(xí)機(jī)器人的話，可能已經(jīng)太遲了，因?yàn)楹芸赡芘d趣戰(zhàn)勝不了客觀限制因素。如果作為興趣去學(xué)習(xí)，只能學(xué)到做巡線小車和舵機(jī)機(jī)械臂什么的，可能也滿足不了中二病的創(chuàng)造欲。
個(gè)人認(rèn)為機(jī)器人學(xué)是一個(gè)艱苦的道路，想要成為一個(gè)獨(dú)擋一面的機(jī)器人工程師需要多年理論和實(shí)踐的同步訓(xùn)練。理論學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的過程還要互相排好時(shí)間表，在做某個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目的同時(shí)去學(xué)習(xí)最相關(guān)理論往往可以達(dá)到事半功倍的效果，但是同時(shí)那些不太相關(guān)的理論會(huì)看起來非?？菰?，因此如何妥善安排自己的實(shí)踐項(xiàng)目也是很重要的事情。
這篇文章里我計(jì)劃介紹一個(gè)電子工程、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生從大學(xué)一年級(jí)到研究生二年級(jí)的機(jī)器人學(xué)習(xí)計(jì)劃，基本是我對(duì)自己過去學(xué)習(xí)方式的一個(gè)總結(jié)。按照這個(gè)方法來學(xué)習(xí)，能夠成為一個(gè)能力全面，但是稍微偏軟件一點(diǎn)的機(jī)器人工程師。這個(gè)六年的學(xué)習(xí)計(jì)劃，估算下來，全年中每天在上課和完成課程要求之外要投入學(xué)習(xí)時(shí)間6-8個(gè)小時(shí)，這些時(shí)間一方面用于閱讀課程知識(shí)的英文教材，一方面用于閱讀其他學(xué)科的教材，一方面用于實(shí)踐項(xiàng)目。
機(jī)器人工程師在大型項(xiàng)目里的定位類似于飛機(jī)系統(tǒng)里的總體設(shè)計(jì)師。和機(jī)械工程師、硬件工程師、軟件工程師、算法工程師、控制工程師比起來，機(jī)器人工程師參與某個(gè)具體技術(shù)的時(shí)間較少，但是能夠聽得懂所有工程師說的話，能夠作為不同模塊間的協(xié)調(diào)人，帶領(lǐng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)去攻堅(jiān)。當(dāng)然如果機(jī)器人工程師能夠在一個(gè)領(lǐng)域達(dá)到那個(gè)領(lǐng)域的工程師的優(yōu)秀水平，肯定更好。
由于時(shí)間倉(cāng)促，再加上個(gè)人水平有限，文章中如有紕漏和錯(cuò)誤，恭請(qǐng)讀者指出，謝謝。如果同學(xué)還有什么想知道的內(nèi)容和教材，也歡迎留言交流。
剛上大一，你的機(jī)器人生涯開始了。先看看學(xué)校的校園網(wǎng)能不能翻墻，不能的話自己去買個(gè)一年一百多塊錢的VPN，先確保自己能上Google，不要心疼VPN的錢，這能讓你在之后的職業(yè)生涯里節(jié)省上萬塊錢。然后去注冊(cè)一個(gè)gmail賬號(hào)，再注冊(cè)stackoverflow賬號(hào)，再注冊(cè)github的賬號(hào)，再注冊(cè)CSDN賬號(hào)，注冊(cè)完登錄上去逛逛，暫時(shí)先不要問為什么。
英語水平一定程度上會(huì)是機(jī)器人工程師水平的限制因素，英語是同學(xué)們?cè)诖髮W(xué)最該努力學(xué)的一門課，而且不止要把它當(dāng)成課，要當(dāng)成一種技能，當(dāng)成生活的一部分。當(dāng)你開始努力學(xué)習(xí)一些高級(jí)的機(jī)器人知識(shí)以后，有可能會(huì)非常難以找到中文的參考資料，這個(gè)時(shí)候如果啃不下英文的資料，進(jìn)步速度和眼界就會(huì)受到很大影響。因此大一的時(shí)候要多看看紅寶書，看看美劇。
不管是什么專業(yè)背景的同學(xué)，大學(xué)一年級(jí)一定要上好的課是微積分和線性代數(shù)。線性代數(shù)的重要性需要特別強(qiáng)調(diào)。一般來說，優(yōu)秀的工程師和科學(xué)家在職業(yè)生涯中要學(xué)至少五次線性代數(shù)，大一學(xué)一遍、學(xué)凸優(yōu)化的時(shí)候?qū)W一遍、學(xué)線性系統(tǒng)的時(shí)候?qū)W一遍、學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)的時(shí)候?qū)W一遍……如果在第一遍學(xué)的時(shí)候就看到對(duì)的書，刷到對(duì)的題，那么以后的學(xué)習(xí)會(huì)輕松很多。
網(wǎng)上有很多對(duì)于如何學(xué)好線性代數(shù)的討論，比如知乎問題如何理解線性代數(shù)？。Matrix67大神的文章隨記：我們需要怎樣的數(shù)學(xué)教育？也很有啟發(fā)。我個(gè)人對(duì)學(xué)習(xí)線性代數(shù)的建議是兩本書，一本叫做《Linear Algebra Done Right》，另一本叫做《Linear Algebra Done Wrong》，我比較喜歡的是Done Wrong這本書，第一它是免費(fèi)的，第二只需要讀前6章兩百頁就夠了，第三它頁邊距很大，打印出來有很多空白做練習(xí)題。另外一個(gè)較好的教材是麻省理工公開課：線性代數(shù)。不論如何，學(xué)線性代數(shù)一定要用國(guó)外的教材，千萬不要用國(guó)內(nèi)的教材?？杏⑽臅芾?，但是考慮到之后還要啃更多的英文書，線性代數(shù)已經(jīng)算是很入門的了，一定要啃下來，同時(shí)還要刷足夠多的課后題。
學(xué)完線性代數(shù)以后，一個(gè)自然而然的問題就是怎么能用計(jì)算機(jī)自己去計(jì)算矩陣的乘法、向量的乘法、向量的內(nèi)積。因此引入了編程的學(xué)習(xí)。
不管同學(xué)的專業(yè)是什么，一定要在大學(xué)一年級(jí)盡早開始學(xué)編程。至于用哪種語言開始學(xué)習(xí)編程，我推薦Python，比較好的教材是麻省理工學(xué)院公開課：計(jì)算機(jī)科學(xué)及編程導(dǎo)論，比較好的Python開發(fā)學(xué)習(xí)環(huán)境是Anacoda 。熟悉Python以后，同學(xué)就可以開始玩玩Python的數(shù)值計(jì)算包Numpy，這個(gè)時(shí)候線性代數(shù)題基本上也刷的差不多，可以通過Numpy幫助自己解決線性代數(shù)問題了。
對(duì)任何人來說，Python是一把瑞士軍刀，你可以用他干很多東西，比如自動(dòng)回復(fù)郵件、自動(dòng)收集信息。但是真要去造機(jī)器人，合適的工具并不是瑞士軍刀，而是C/C++這樣簡(jiǎn)單粗暴的錘子和螺絲刀般的工具。在學(xué)習(xí)Python學(xué)到一定程度的時(shí)候（比如你聽說有一種叫做cython的東西），最好開始學(xué)習(xí)C，而且要強(qiáng)迫自己練習(xí)用C的一維數(shù)組和指針來實(shí)現(xiàn)矩陣的加法、乘法、求逆等操作。之所以有高級(jí)的Python或者Java（不要問我Java哪里高級(jí)了）這些語言以后我們還需要去學(xué)C，是因?yàn)闄C(jī)器人上常用的不是完整的電腦，而是計(jì)算量有局限的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基本只能用C或者更低級(jí)的語言。
學(xué)習(xí)C我個(gè)人入門用的是清華大學(xué)出版的《C++語言程序設(shè)計(jì)》。雖然這個(gè)書標(biāo)題是C++，但其實(shí)沒什么太大問題。不過國(guó)內(nèi)的C語言教材都有個(gè)巨大的問題是不引導(dǎo)學(xué)生去用Linux。近年來更好的一個(gè)教材是http://songjinshan.com/akabook/zh/index.html，這個(gè)網(wǎng)站的教材非常好，因?yàn)樗逃龑W(xué)生用Linux環(huán)境作為程序編譯的環(huán)境，而且還引入了一些計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的介紹。
IT行業(yè)的程序員都會(huì)爭(zhēng)論高級(jí)語言和低級(jí)語言哪個(gè)好，Linux和Windows哪個(gè)好，而對(duì)于機(jī)器人工程師來說，從現(xiàn)在到可預(yù)見的未來里，C是最好的語言，Linux是最好的操作系統(tǒng)，這都毋庸置疑。甚至對(duì)于Linux的發(fā)行版該選哪個(gè)，我們都是很少有質(zhì)疑的：Ubuntu（The leading OS for PC, tablet, phone and cloud）。原因是機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS（ROS.org | Powering the world's robots）是基于Ubuntu開發(fā)的，因此在Ubuntu上運(yùn)行最穩(wěn)定。注意Ubuntu出了一個(gè)中文版叫做Kylin，個(gè)人感覺比較坑，建議大家不要裝中文版。Ubuntu 作為一個(gè)開源操作系統(tǒng)，總是在快速迭代，2016年8月比較穩(wěn)定的版本是14.04和16.04，建議同學(xué)安裝14.04。
當(dāng)你把C學(xué)得差不多，開始要學(xué)寫包含多個(gè)頭文件的程序時(shí)，一定要同時(shí)學(xué)習(xí)makefile的知識(shí)。這時(shí)候要上網(wǎng)去搜“Makefile詳解”（Makefile詳解（超級(jí)好）_mingw吧）這篇文章看。
我自己在大學(xué)一年級(jí)的時(shí)候還學(xué)習(xí)了HTML和Javascript，到大一結(jié)束的時(shí)候已經(jīng)能夠熟練用Javascript手寫一些動(dòng)態(tài)頁面。我個(gè)人覺得HTML和Javascript也是機(jī)器人工程師必備的技術(shù)，而不只是軟件工程師的玩具。這是因?yàn)閣eb技術(shù)實(shí)際上已經(jīng)滲透到了編程的方方面面，比如json開始是Javascript里的一種object定義的方式，但現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種很標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交互、參數(shù)配置的格式。另外AJAX能夠幫助初學(xué)者理解一定的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也是機(jī)器人工程師必備的技能。再者，制作GUI（圖形用戶界面）是常規(guī)debug的辦法，而近年來一個(gè)流行的趨勢(shì)是用webkit嵌入程序用HTML和Javascript作為圖形界面的后端，而在機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS（ROS.org | Powering the world's robots）里，通過rosbridge可以非常方便地把機(jī)器人程序的數(shù)據(jù)傳遞到websocket上，這句話看不懂沒關(guān)系，反正你知道學(xué)學(xué)HTML和Javascript很重要就是了。更重要的是，HTML文檔背后的DOM (Document Object Model)深刻地體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷搿４髮W(xué)中的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)一般都講C++，在我看來應(yīng)該講HTML和Javascript。這一點(diǎn)不細(xì)說了，如果同學(xué)們?nèi)W(xué)習(xí)HTML和Javascript，自然會(huì)體會(huì)到。學(xué)習(xí)HTML和Javascript比較好的資料是http://www.w3schools.com/，把網(wǎng)站左側(cè)的“Learn HTML”、“Learn CSS”、“Learn Javascript”和“Learn JQuery”學(xué)完就行，別的部分還有很多花哨的技術(shù)，沒有必要去學(xué)了。為了培養(yǎng)自己對(duì)Javascript的興趣，可以上three.js / examples跪著看看熱鬧。
以上介紹的這些知識(shí)點(diǎn)、書和資料應(yīng)該在大一期間就全部看完，然后利用大一的暑假好好鞏固這些知識(shí)。比如開始用HTML和Javascript做一個(gè)自己的個(gè)人主頁，刷一刷編程的題目，學(xué)用Python的奇技淫巧（比方說做一個(gè)自己的個(gè)人主頁）。另外還可以抽時(shí)間學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)，比如開始看看代數(shù)和離散數(shù)學(xué)。我大一的時(shí)候看到了兩篇文章，認(rèn)識(shí)到了數(shù)學(xué)的重要性，一篇是MIT的CV大牛林達(dá)華寫的[轉(zhuǎn)]MIT牛人解說數(shù)學(xué)體系，另一篇是前Goolge研究員吳軍博士寫的《數(shù)學(xué)之美》。當(dāng)時(shí)林達(dá)華還在MIT讀博士，而《數(shù)學(xué)之美》還沒有成書。兩篇文章看完以后我感覺自己整個(gè)人對(duì)數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)上了一個(gè)新的層次，此后一直在注意提高自己的數(shù)學(xué)水平，幾年下來覺得收益很大。在之后的介紹里我還會(huì)多次強(qiáng)調(diào)需要學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)和對(duì)應(yīng)的教材。
上大二的時(shí)候，你已經(jīng)會(huì)了基本的編程知識(shí)和基本的數(shù)學(xué)知識(shí)。大二這一年應(yīng)該投入在嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)中，同時(shí)繼續(xù)拓展自己多方面的能力。學(xué)校的機(jī)器人社團(tuán)，比如做Robocon，RoboMasters的團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該在招新了，趕快去加入，有了學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐的指導(dǎo)以及同輩朋友的鞭策，應(yīng)該會(huì)進(jìn)步的快一點(diǎn)。
大二應(yīng)該掌握的技能：Solidworks畫基本的機(jī)械圖，基本的數(shù)字電路知識(shí)、數(shù)模轉(zhuǎn)換，51單片機(jī)、AVR單片機(jī)、STM32單片機(jī)原理，UART、SPI、I2C、CAN等協(xié)議的原理和數(shù)據(jù)收發(fā)，STM32開發(fā)板的使用，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)的原理，PID的原理，調(diào)試四輪機(jī)器人底盤的移動(dòng)，基本的傳感器如陀螺儀、碼盤、紅外線、超聲波的原理和讀取方式，網(wǎng)絡(luò)知識(shí)如配置IP配置路由器等，微電子焊接，金工技術(shù)。我在知乎回答如果程序員每天都淺嘗輒止地學(xué)一些不同的新技術(shù)，長(zhǎng)久以往，人會(huì)變成什么樣子呢？里談過機(jī)器人工程師需要的技能數(shù)量是IT行業(yè)全棧工程師技能數(shù)量的三倍以上，這些技能的基礎(chǔ)都應(yīng)該在大二開始積累。
如果同學(xué)們的專業(yè)是機(jī)械工程相關(guān)，那么大二的時(shí)候要深入學(xué)習(xí)solidworks做圖，買機(jī)械加工手冊(cè)學(xué)習(xí)各種機(jī)械的奇技淫巧。你的專業(yè)知識(shí)還不足以讓你進(jìn)行縝密的受力分析，不過你可以盡量多做一些機(jī)械結(jié)構(gòu)出來感受它們的樂趣。
如果同學(xué)們的專業(yè)是硬件、電路相關(guān)，那么大二的時(shí)候要深入學(xué)習(xí)Altium Designer做圖、制板、焊板。你要從現(xiàn)在開始，就給自己積累一個(gè)工作記錄，可以就是簡(jiǎn)單的txt文件，記錄你做過所有板子的bug、解決方案、學(xué)到的原理圖、PCB layout的注意事項(xiàng)等等。積累很多年以后，你的這個(gè)工作記錄會(huì)值很多錢。
學(xué)習(xí)這些技能的最好的方式，就是參加自己學(xué)校機(jī)器人社團(tuán)的訓(xùn)練和方案設(shè)計(jì)。一般來說，學(xué)校的機(jī)器人社團(tuán)招新之后會(huì)有訓(xùn)練和測(cè)試，讓新人分組去做機(jī)器人，這個(gè)過程中如果愿意努力學(xué)，提高得會(huì)很快。如果你所在的大學(xué)是機(jī)器人比賽強(qiáng)校，比如西安交通大學(xué)，電子科技大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，華中科技大學(xué)，東北大學(xué)等等（排名不分先后，沒有提到你們學(xué)校名字的話我表示抱歉），那么你很幸運(yùn)，你們學(xué)校的機(jī)器人社團(tuán)有很好的積淀，有很多資源可以幫助你學(xué)習(xí)?；旧现灰焯炫輰?shí)驗(yàn)室，保證自己每天只睡6-7個(gè)小時(shí)（但還是要多去跑步、游泳保持身體健康），勤于向?qū)W長(zhǎng)學(xué)姐請(qǐng)教，那么一定會(huì)提高得很快。
大二階段特別要強(qiáng)調(diào)的是對(duì)動(dòng)手能力的培養(yǎng)，包括機(jī)械材料的加工、電路焊接、制作導(dǎo)線和接頭、連接路由器、配置網(wǎng)絡(luò)、做網(wǎng)線等等。機(jī)械加工的工具有螺絲刀、鋸、鉆、錘子、車床、銑床、鉆床，進(jìn)階選手可以學(xué)一下氧焊，這個(gè)比較危險(xiǎn)，我沒嘗試過；電路焊接的工具有焊機(jī)、焊錫、洗板水、松香、吸錫器；制作導(dǎo)線的工具有剪子、剝線鉗、夾頭鉗、網(wǎng)線鉗各種鉗；網(wǎng)絡(luò)配置就是連連路由器插插網(wǎng)線，但是Linux系統(tǒng)下配置網(wǎng)絡(luò)有時(shí)會(huì)非常麻煩，一定要多積累這方面的知識(shí)，因?yàn)閷砟阍斓臋C(jī)器人多半會(huì)頂著一個(gè)無線路由器跑來跑去，甚至有的機(jī)器人上各個(gè)模塊自己就能組起一個(gè)小局域網(wǎng)。這些技能的熟練掌握需要你花很多時(shí)間去做真正能用的機(jī)器人來練手。
對(duì)于該選擇造一個(gè)怎么樣的“真正能用的機(jī)器人”練手，最好的選擇肯定是機(jī)器人比賽中的機(jī)器人。如果參加Robocon，你會(huì)跟著學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們學(xué)著造有人那么高的巨大機(jī)械；如果參加RoboMasters，你會(huì)學(xué)著造比汽車還要靈活的機(jī)器人以及快速發(fā)彈的機(jī)構(gòu)。其他一些小型的比賽比如飛思卡爾智能車，也是很好的訓(xùn)練，因?yàn)轱w思卡爾智能車已經(jīng)發(fā)展得很成熟，參加這個(gè)比賽的參賽資料就夠?qū)W一陣子的，學(xué)完以后能夠獲得比較多的機(jī)器人技能。
如果沒有太多學(xué)校機(jī)器人社團(tuán)的資源，同學(xué)們還有一些小型的比賽比如挑戰(zhàn)杯、大創(chuàng)比賽等等可以選擇，以三五個(gè)人的小團(tuán)隊(duì)參與這些比賽。如果同學(xué)所在的學(xué)校連這些比賽都不組織大家參與，那就只好自己花錢了。國(guó)內(nèi)開源機(jī)器人社區(qū)有很多資源可以利用來學(xué)習(xí)，比如自己買Arduino STEM educational Robot kits Building Platform的各種開發(fā)套件做簡(jiǎn)單的機(jī)器人。Arduino的開發(fā)環(huán)境可能有些人不喜歡，因?yàn)樗鼘?duì)硬件做了一級(jí)封裝，如果更希望接觸到單片機(jī)的本質(zhì)，可以自己買STM32開發(fā)板學(xué)習(xí)。俗話說，沒有什么嵌入式系統(tǒng)是一塊STM32實(shí)現(xiàn)不了的，如果有，就用兩塊。STM32是ARM Cortex?M家族中最為廣泛應(yīng)用的一款單片機(jī)，在網(wǎng)上也有很多的教材和開發(fā)板可供選擇。在國(guó)內(nèi)著名的電子論壇STM32/8 分論壇帖子清單 (amoBBS 阿莫電子論壇)上，有很多參考資料，有問題也可以在這里和大家討論學(xué)習(xí)。
如果你很想?yún)⒓訖C(jī)器人比賽，身邊也恰好有一些志同道合的小伙伴，但是學(xué)校不支持。沒關(guān)系，來找我，我盡量通過大疆的關(guān)系說服你們學(xué)校支持你們參加RoboMasters。
編者注：RoboMasters為大疆主辦的全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)技類比賽，第二屆已于8月28日落下帷幕，電子科技大學(xué)的One Point Five S戰(zhàn)隊(duì)從32支總決賽參賽隊(duì)中脫穎而出，摘得桂冠，成功衛(wèi)冕全國(guó)總冠軍。
雖然你是以機(jī)器人比賽為主線在探索機(jī)器人技術(shù)，但是要時(shí)刻記得，機(jī)器人比賽給你的理論方面的訓(xùn)練很差，還會(huì)讓你養(yǎng)成一些壞習(xí)慣，比如凡事都希望用一些糙猛快的辦法來解決。由于通常整個(gè)團(tuán)隊(duì)都沒有太多的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，到比賽前一段時(shí)間才會(huì)加緊功夫去做機(jī)器人，很多時(shí)候就會(huì)用“山寨”的辦法去處理機(jī)器人的故障。比如說某個(gè)承重結(jié)構(gòu)用久了會(huì)彎，為了趕比賽的進(jìn)度，就拿錘子敲直了、再加一條輔助的結(jié)構(gòu)在旁邊繼續(xù)用，而沒有細(xì)致地去做建模、受力分析，思考是什么原因?qū)е鲁兄亟Y(jié)構(gòu)會(huì)變形。再比如說調(diào)PID參數(shù)就是生調(diào)亂改，而沒有基于機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型去估測(cè)參數(shù)的大概范圍。
大二的暑假，有可能你跟著學(xué)校的機(jī)器人隊(duì)參加了一些機(jī)器人比賽。這是一個(gè)反思總結(jié)的好時(shí)機(jī)，為什么機(jī)器人隊(duì)取得了這樣那樣的成績(jī)？整個(gè)團(tuán)隊(duì)怎樣才能更有效率？明年如何繼續(xù)招新？暑假要把時(shí)間花在技術(shù)積累上面，這個(gè)時(shí)候可以回頭思考思考之前準(zhǔn)備比賽時(shí)用糙猛快的辦法解決的問題如何能夠細(xì)致地去解決。
如果大二的暑假?zèng)]有參加機(jī)器人比賽，可以做一個(gè)舵機(jī)機(jī)器人，比如6條腿的蜘蛛，比如碼垛機(jī)器人。舵機(jī)是機(jī)器人工程師的好朋友，一定要好好掌握。
另外你其他方面的能力也不能落下。大二結(jié)束的時(shí)候，你的Linux應(yīng)該用的很熟練了，除了makefile，你也用起了cmake。你也應(yīng)該開始理解Github存在的意義，因?yàn)槟阋呀?jīng)上去讀了很多別人的代碼，你也把自己的一些課程設(shè)計(jì)和小項(xiàng)目放在了Github上面。另外大二基本上了本專業(yè)一些比較難的基礎(chǔ)課程，比如自動(dòng)控制原理、機(jī)器學(xué)習(xí)、概率統(tǒng)計(jì)、材料和力學(xué)等課程，同學(xué)們會(huì)看到這些課程里又用到了線性代數(shù)和微積分的知識(shí)，以及建模的知識(shí)。這時(shí)候可以把大一的物理、線性代數(shù)和微積分再翻出來看看。
同學(xué)的學(xué)校應(yīng)該給大二到大三的學(xué)生有開設(shè)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，一般用Java或C++教授。在面向?qū)ο蟮某绦蛘n里面，一定要積累3000行左右的代碼的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)典的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的練習(xí)通常是寫游戲，比如俄羅斯方塊，吃豆人等等，一定要自己能夠做到完全手寫一個(gè)完整的項(xiàng)目出來。
另外你可以開始學(xué)習(xí)Matlab當(dāng)中的神器Simulink了。在大二這一年的學(xué)習(xí)中，你可能在不少課程里多多少少用到了Matlab。假設(shè)你已經(jīng)在我的推薦下喜歡上了Python，你可能會(huì)覺得Matlab的計(jì)算工具沒有比Python強(qiáng)多少；假設(shè)你自己在別人的推薦下喜歡上了mathematica（Mathematica 到底有多厲害？ - Wolfram Mathematica），你可能會(huì)覺得和Mathematica這種神一樣的語言比起來，Matlab弱爆了。但是要注意的是，Matlab最強(qiáng)大的工具是Simulink，通過它你幾乎可以仿真一切的物理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。我建議同學(xué)可以通過Simulink實(shí)現(xiàn)一個(gè)倒立擺，然后理解Matlab的強(qiáng)大之處。對(duì)此我強(qiáng)烈推薦一個(gè)很好的教材（http://ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php?example=Introduction§ion=SimulinkControl），它詳細(xì)介紹了一些經(jīng)典的控制系統(tǒng)如何分析以及用Simulink實(shí)現(xiàn)。然后我再?gòu)?qiáng)烈推薦一個(gè)講Simulink里面一個(gè)更加和物理仿真貼近的工具Simscape（Control of an Inverted Pendulum on a Cart）的文章。閱讀并實(shí)現(xiàn)了這兩篇文章里的內(nèi)容，同學(xué)應(yīng)該會(huì)對(duì)倒立擺有了比較深刻的認(rèn)識(shí)。倒立擺是機(jī)器人學(xué)中一個(gè)非常重要的模型，因?yàn)榛鸺?、?dǎo)彈、雙足機(jī)器人、四足機(jī)器人，基本都是倒立擺的變形。你自己實(shí)現(xiàn)出來的simulink模型一定要存好，以后可能還會(huì)再拿出來仔細(xì)看。
如果你按照我之前說的方法探索了一些HTML和Javascript的技術(shù)，那么JQuery，bootstrap，AngularJS你已經(jīng)多多少少知道是怎么回事了。web后端的技術(shù)，比如PHP和MySQL，也可以了解一下，LAMP要學(xué)會(huì)怎么配置。如果有同學(xué)找你幫忙寫小網(wǎng)站，盡量去幫個(gè)忙，幫別人做網(wǎng)站是提高自己系統(tǒng)編程能力的好練習(xí)。在做網(wǎng)站的過程中你可能還會(huì)順便學(xué)一學(xué)如何用Photoshop和Illustrator讓網(wǎng)站顯得更漂亮。這些技能有最好，沒空學(xué)也沒關(guān)系。
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