機器人設計與製作的相關入門需要掌握怎樣的知識與技能等？

我希望能在單片機，電子器材，機械加工，複合材料的使用，軟體設計，材料採購等尋求詳細答案。

感謝邀請。

你的問題實際上包括了兩方面：設計、製作。

• 結構方面（機械專業相關）：機械原理（所需機構的基本運動學、力學原理），機械設計（知道各種零件的用途、基本配合關係），基本裝配方法（好多結構能設計出來，但是裝不起來），工程圖學（交給別人機加時，至少得會出二維圖），公差計算基礎（知道機加時哪些尺寸需要多高的精度），工程材料基礎（了解各種常見材料的特性，複合材料方面不需要多深入，了解一些常用的複合材料就行），加工工藝基礎（知道各種零件能如何加工出來，主要側重冷加工方面）。
• 硬體電路方面（電子專業相關）：電路基本原理，模擬電路、數字電路基礎（會實現基本的控制電路：電源、邏輯電路等），檢測技術基礎（知道常見感測器的原理、指標及使用方法）。
• 軟體方面（計算機專業相關）：編程語言（C語言或一種彙編），操作系統基礎（有助於設計較為複雜的軟體架構，也有助於學習單片機、DSP等控制器），常用演算法與數據結構（有助於設計出合理、高效、有創意的機器人控制演算法），計算機網路基礎（比如未來可以做多機器人通訊等），軟體工程（知道如何設計並維護軟體），數字圖像處理基礎（用到攝像頭等感測器時需要這方面知識）。
• 控制方面（自動控制專業相關）：電機學（知道如何控制電機（馬達）轉起來），自動控制原理（讓電機按照你的期望速度和目標位置轉動起來，如經典的PID演算法），一些信號處理知識（比如用於濾波）。
• 數學方面（工科專業相關） ：計算方法（一些用於實際計算時的演算法），線性代數（或高等代數、矩陣論）用於未來需要計算多關節機器人的運動學、動力學的必備工具。
• 會計方面（商科專業相關）：成本分析、預算等概念，起碼需要知道做出這個機器人要花多少錢（一般機加要佔大頭，畫電路板是其次，自己做的話，軟體開發的會計成本可以忽略）。

具體到可能需要學習的技術方面，可以從以下幾方面涉獵：

• 結構方面：學習一種三維建模工具（SolidWorks或Pro E、UG等），能出二維圖；能做一些有限元分析就更好了（會幫助你設計可靠的結構）。
• 硬體電路方面：會用一種電子設計工具（Protel、PowerPCB等），能畫原理圖，會畫PCB；一種電路模擬工具（EDA軟體：如Proteus），單片機（51、AVR、Freescale、ARM等）或CPLD/FPGA，你的驅動程序、控制演算法要在上邊實現。
• 軟體方面：學會一種IDE（如Keil、ICC、Realview等），了解編輯、編譯、調試方法；學習一下uC/OS或其他RT OS的使用，如果要跑操作系統，可方便移植。
• 經典控制

如果要設計出自己的機器人來，恐怕需要在一定「製造」的基礎之上有自己的靠譜想法，可以從多個學科深入下去，僅舉幾個例子：

• 機構：學習更多機構原理，積累更多機械設計經驗；
• 數字圖像處理：目標檢測、圖像識別，立體視覺等；
• 控制理論：濾波演算法、系統辨識、自適應控制、模糊控制等；
• 仿生學：好多新穎的機器人都是建立在仿生學的基礎上的。
• 此外，還可以關注國際機器人方面相關的論文（如中文的《機器人學》等）或會議（如ICRA、IROS等） ，跟蹤著名高校的機器人方面研究近況（如CMU、MIT等），相信一定會開闊眼界的。

如果處於入門階段，推薦看看 宗光華教授主編/翻譯 的機器人方面的書，如《機器人製作》。

回答不是很詳細，如果有不清楚的地方，我們可以更深入的討論。

設計未來:基於物聯網、機器人與基因技術的UX

轉自：http://www.amazon.cn/mn/detailApp/ref=asc_df_B01ARN7NP42019517/?asin=B01ARN7NP4tag=douban-23creative=2384creativeASIN=B01ARN7NP4linkCode=df0

編輯推薦

與下一次技術變革浪潮相比，近來的數字和移動革命是微不足道的。這是因為，從集群機器人到嵌入表皮的計算機，再到可生物列印的器官，這一切都會在未來幾年開始出現。在這一非常有啟發性的文章集中，設計師、工程師和研究人員分別探討了他們為突破性技術進行體驗設計的不同方法。設計不僅為如何運行和利用技術提供了框架，也把技術置入了一個更廣闊的背景，這個背景包含與技術相互作用的整個生態系統，以及非預期後果的可能性。如果你是一個願意麵對複雜性和獨特創想的用戶體驗設計師或工程師，這本書將對你很有啟示。
具有趨勢性，不局限於當下，更著眼於未來
預言十年後，寫給下一代設備和應用的設計者
面向創新產品、新商業和前瞻應用設計
創業，準則，案例；清晰，深刻，務實

媒體推薦

「如果你現在正在找尋如何設計未來的洞見，讀這本書就對了。」
——Dan Saffer 《微交互》作者

「這本書對任何參與創新產品設計，經濟創新和為近期應用做技術研究的人來說，都是必讀之書。這些廣泛收集的文章提供了一個跨越多學科的廣闊旅程。」
——Carla Diana 創意技術專家和作家

作者簡介

Jonathan Follett是Involution工作室的負責人。他是從事用戶體驗和信息設計的設計師和國際出版作家。

譯者簡介
寺主人，前微軟交互設計師，「女神進化論」創始人。該專欄旨在幫助你成為更好的自己，指導現代職場人群的商、智商、職業、外貌及生活的全面提升，目前訂閱讀者已近20萬。

目錄

前言 .................................................................................................................IX
序言 .................................................................................................................XI
第 1 章 為新興技術而設計 ................................................................................ 1
武器的召喚 ..................................................................................................1
為顛覆而設計 ...............................................................................................2
八項新興技術設計原則 ................................................................................5
改變設計與設計改變..................................................................................18
第 2 章 智能材料 ：設計材料行為 ................................................................... 19
比特和原子 ................................................................................................19
增材製造業的新興先驅 ..............................................................................22
微觀製造 ....................................................................................................23
動態結構和可編程物質 ..............................................................................24
整合 ：智能材料對於設計師來說意味著什麼 ............................................25
小結 ............................................................................................................28
第 3 章 掌控手勢交互設計 .............................................................................. 29
重塑更好的體驗 .........................................................................................29
分析 ............................................................................................................31
原型設計 ....................................................................................................32
案例學習 ：手勢操控..................................................................................34
權衡取捨 ....................................................................................................43
展望未來 ....................................................................................................44
第 4 章 外觀與功能 ：為可穿戴技術而設計 ...................................................... 46
新興技術的光明未來..................................................................................46
可穿戴設備市場細分..................................................................................47
跨設備的可穿戴技術..................................................................................51
需權衡的體驗（人性）要素 ......................................................................53
小結 ............................................................................................................83
第 5 章 物化思考與學習 ................................................................................. 84
實體界面 ....................................................................................................84
（近）未來技術 ...........................................................................................92
永恆的設計原則是什麼 ..............................................................................96
再往後，可塑的未來................................................................................100
天下沒有新鮮事 .......................................................................................101
小結 ..........................................................................................................102
第 6 章 為協作型機器人而設計 ..................................................................... 103
引言 ..........................................................................................................103
為機器人設計安全系統 ............................................................................107
擬人型機器人 ...........................................................................................115
人類與機器人的合作................................................................................119
用機器人平台來測試你的設計 .................................................................126
機器人幫助人們所面臨的未來挑戰 .........................................................132
小結 ..........................................

序言

前言

「請系好安全帶，設計同行和創新迷們 ! 正如諺語里所說，我們就像孩子走進了糖果店，在誘惑之下窺視新興技術相關的爆炸性故事之間的灰色地帶，這些事件中的任何一個都可能改變這個世界。在品讀這幾頁給出的整個剖面之前，請抵制貪婪閱讀任何一個故事的誘惑。或許有一個更好的比喻——尤其在欣賞了為新興技術設計包含的所有可能性之後——你會覺得自己像沙箱中的孩子 ；一個填滿了新生技術的沙箱，吸引像我們這樣的設計同行和創新迷們一起玩耍，以釋放鄰近的潛在可能性。要用新的方式組合和重組新興技術，來改變我們解決我們在 21 世紀面對的重要社會挑戰的方法。你知道我在談論什麼 ：細微的體制難題，比如教育，醫療保健，能源和政府。Jon Follett 創建了一個非常完美的沙箱，啟發你，讓你思考，最重要的是，它可以使你付諸行動，幫助設計一個更好的未來。

「新興的」是一個美好而積極的辭彙。這本書里試圖吸引你的故事就是與新興技術相關的。這些故事有關處於成型階段的性能，此時他們具有最強的可塑性且能提供最大的可能性邊界。新興技術是社會未來的幹細胞。如此多的生物研究都專註於幹細胞是有原因的。幹細胞是未分化的 ；它們有分化成為大多數其他種類細胞的潛力。人類再生醫學的希望存在於幹細胞研究和應用。我一直為蠑螈著迷，具有最高再生能力的動物。當一個蠑螈失去或傷到了身體的一部分，幹細胞會奔赴身體這部分幫助它的再生，這太神奇了。這本書所闡述的新興技術是未分化的，它們有無限的再生潛力，可以釋放驚人的價值。我們生活在一個魔法時代，技術已經不再是限制我們解決所面臨巨大社會挑戰的一個因子。是時候由我們人類自己來釋放我們內在的「蠑螈」！

為新興技術設計真正的超能力在於它使我們連接跨越不同新興技術的點。Stuart Kaufman首先闡釋了什麼可以成為相鄰的可能性這一尚未挖掘的潛力。大部分的創新並不是有關發明新技術，而是用新的方式重組已有的部分，來解決問題或創造價值。我們創新所需的一切都在我們的沙箱里，並且可以在我們的行業，學科和技術倉庫之間的邊界被找到。

創新是關於探索相鄰的可能性的一切。作者 Stephen Johnson 說得好 :「創意就是拼合的工作。幾乎不可避免地，創意都是其他創意的連結。我們提取偶然發現的創意，然後把它們拼裝在一起塑成新的形狀。相鄰的可能性是一種未來的影子，懸停在當前狀態的邊緣，它是一張地圖，包含當下如何改造自身的所有方式。」

本書中闡述的新興技術最重要的應用還未曾被設想過。設計師們在幫助我們釋放臨近的可能性方面發揮著重要的作用。設計幫助我們專註於輸出而不僅僅是輸入。發明是偉大的，但是創新是創造價值的一種更好的方法。當一個「創新」解決了問題而且確實在這個真實的世界創造了價值，才能稱之為「創新」。很多時候我們把「發明」和「創新」混為一談，但它們是不同的。對於讓這些新興技術的希望離開實驗室，走下白板，進入真實的世界，設計是至關重要的。對於設計師們來說，是時候停止提出「設計思維和流程是重要的」這一論點。我們約定設計是重要的。對於設計師們來說，是時候創造條件和工具，使得每個人都可以進行設計。是時候把設計對話帶入一個新的，可操作的地方。

歡迎來到鄰近可能性的沙箱。帶上你的桶和鏟子，讓我們一起設計一個更好的未來。

——Saul Kaplan

商業創新工場創始人兼首席推動者
《玩客（又譯作「廳客」）的才華》，《華爾街日報》2010 年 9 月 25 日

序言

我們為什麼寫這本書

在這本文集里，我們將會帶你探索設計師、工程師、研究人員和科學家在前沿科技領域的工作，探討他們在體驗設計中的應對方法。本書跨越了技術的領域，從機器人到環境連接，從 3D 列印到合成生物學，從基因組學再到可穿戴設備。它既不特定在某個領域，也不包羅萬象，但它是少有的將來之不易的經驗和願景囊括其中的文集。它探索用戶體驗的新領域，深入挖掘這個學科的原始脈絡。

想想吧，在上個世紀 90 年代中期到後期，互聯網剛剛興起的時候，還沒有關於設計如何參與其中的行業共識。而今天，我們卻有了一整套互聯網的設計規範來迎合各個不同的崗位，從交互設計師到可用性專家，從視覺設計師到前端工程師。道路是平坦的，前途是光明的。

如果你覺得本書像是一堆不同領域想法的大雜燴，那就對了，這是我們故意為之的。因為作為設計師，我們必須和其他領域互相滲透、互相影響，從我們從未接觸過的領域中汲取靈感，打破各領域之間的邊界，去創造新的、人性化的作品。新形態的設計定將會從這種多學科共同醞釀中萌芽成長。

誰適合讀這本書

哲學家和作家以賽亞 ? 伯林在他的作品《刺蝟和狐狸》中，將擅長在多元的環境中生存、著眼於不同事物並用不同方式去解決各種問題的人稱為「狐狸」，而將那些想要專註於一件事，尋求有序專業化的人稱為「刺蝟」。

如果你是一個用戶體驗設計師或工程師，對多學科實踐感興趣，視野是靈活的，能夠接受複雜和特異的想法，永遠不會完全滿意而止步於現狀，那麼這本書就是給你的。我們希望，你能夠利用這本書，一方面可為超越屏幕以外更大世界的交互和用戶體驗設計帶來靈感，另一方面也可作為一個解決一系列特殊問題方法的基礎資源。

這本書是如何組織的

閱讀本書有多種途徑。最直接的閱讀路徑提供了技術和視角的多樣性，但也會在不同話題間快速跳轉，這適合一部分讀者，但當然不適合所有人。如果你屬於前者，下面的章節和摘要列表會給你提供廣泛和有趣的閱讀主題讓你去探索 ；如果你屬於後者，更傾向於把你的閱讀重點放在某個特定的技術領域，那麼我們在本部分下一節中重新組織各章節的摘要，這樣你就可以設計自己獨特的閱讀路徑了。

以下就是你將在本書中讀到的大咖們 ：
Jonathan Follett, 在 第 1 章「為新興技術而設計」中，介紹了顛覆性設計和設計師貼近新興技術的方法。
Brook Kennedy，在第 2 章「智能材料 ：設計材料行為」中，介紹了能夠讓實體產品和環境表現出新的行為和交互的未來材料。
Gershom Kutliroff 和 Yaron Yanai，在第 3 章「掌控手勢交互設計」中，探討了有關手勢識別以及如何解決讓設備明白和判斷我們及其他人的動作指令的一系列棘手問題。
Michal Levin，在第 4 章「外觀與功能 ：為可穿戴技術而設計」中，探討了可穿戴設備的用戶體驗，以及在多設備生態中如何開發設備間交互的創新潛能。
Stephen P. Anderson，在第 5 章「物化思考與學習」中，闡述了關於實體界面和擁有數字化 屬性的物品對提高學習能力的幫助。
Jeff Faneuff，在第 6 章「為協作型機器人而設計」中，深入地討論了當機器人開始與人類並肩共事時，其設計中的互動、情感、文化與科技框架。
Hunter Whitney，在第 7 章「設計呈現出新的維度 ：為神經科學、宇宙學提供可視化方法」中，闡述了可視化如何幫助我們了解那些規模無法想像的事物，例如神經科學和宇宙學。
Andy Goodman，在第 8 章「嵌入設備 ：可穿戴技術的下一次革命」中，通過回顧歷史上的身體修補術以及展望未來的精神和感官修復術，向我們展示了嵌入技術的迷人之處，提升了我們在嵌入技術方面對於周遭世界的認知。
Scott Sullivan，在第 9 章「原型交互對象」中，幫助有需求的用戶體驗設計師解讀了計算機科學與電子工程學，從而讓設計師在「物聯網」下的新興界面設計中能更上一層樓。
Barry Kudrowitz，在第 10 章「新興技術與玩具設計」中，闡述了如何將新興技術整合入未來的玩具，以及創造吸引廣大受眾的、結實而低成本的產品的困難所在。
Camille Goudeseune，在第 11 章「樂器設計」中，提到了音樂產品界面設計和新技術體驗設計有十分相似之處。
Juhan Sonin，在第 12 章「為生命而設計」中，向我們展示了科技與社會潮流匯聚於一點，共同將設計推進到健康事業的最前沿。
Erin Rae Hoffer，在第 13 章「建築作為界面 ：為互聯環境倡導混合設計法」中，圍繞建築環境向基於數據元素與設備的互聯網系統的轉變，討論了關於互聯智能空間將如何影響人們的生活與工作的內容。
Matt Nish-Lapidus，在第 14 章「為聯網世界設計 ：21 世紀的設計實踐」中，描述了為未來的物聯網設計所需要的核心技能，以及設計師在其中所擔當的角色。
Martin Charlier，在第 15 章「設計的新責任 ：抵消未來科技的副作用」中，強調了有必要正視新興科技的重要性。
Scott Stropkay 和 Bill Hartman，在第 16 章「設計人與機器人的關係」中，提及了機器人在我們的工作和個人生活中不斷增長的影響力。
Marco Righetto 和 Andy Goodman，在第 17 章「設計科幻遇到合成生物學 ：克里克體驗與服務的故事」中，描繪了未來世界合成生物學的美好前景以及其所帶來的負面影響。
Steven Keating，在第 18 章「超越 3D 列印 ：增材製造的新層面」中，他著眼於3D 列印技術未來的多種可能性，包括列印建築、結構工程以及在納米層級改變顏色。
Lisa deBettencourt，在第 19 章「做一個正在成為專家的專家」中，關注於用戶體驗師滿足快速獲取行業知識這一需求的不同方式。
Dirk Knemeyer，在第 20 章「轉身中的角色」中，探討了設計領域的演變。
按照不同領域分類
3D 列印 / 增材製造
第 2 章「智能材料 ：設計材料行為」，Brook Kennedy
第 18 章「超越 3D 列印 ：增材製造的新層面」，Steven Keating
設計領域的變革
第 1 章「為新興技術而設計」，Jonathan Follett
第 15 章「設計的新責任 ：抵消未來科技的副作用」，Martin Charlier
第 19 章「做一個正在成為

文摘

譯者序

超越形態
如果你是一名設計師，對設計定義仍然是設計一張海報、一個UI 或者一隻杯子，那你一定要看這本書，它會改變你現在的看法，它會告訴你：
設計是什麼？
設計的未來是怎樣的？
你需要如何應對未來？
五年前我第一次進入香港理工大學設計學院的大門，拿到了一個學院的布袋。布袋上寫著：Design is_______
設計究竟是什麼？許多設計師仍然停留在以介質命名的設計上，比如說平面設計、工業
設計、UI 設計等。而拋開這些介質，設計的本質究竟是什麼，仍然是一個重要的、開放的、值得探索的話題。

剛接到這本書原稿的時候，我剛剛離開微軟，坐在五道口的橋咖啡里為我的智能手錶創業項目發愁，而截稿的時候我已經放棄了智能手錶項目開始了生活方式電商「女神進化論」的征程，並小有發展，順利拿到了第一輪融資。

看似方向發生了重大的跳躍，但實際上僅是介質發生的變化。無論智能硬體還是媒體電商，其本質和設計方法論是不變的，都是去探究用戶的根本需求，使用當前最佳工具來使之得以最佳實現，只是介質、工具和手段有所不同。

放在更為宏觀的角度來看，小到寫一篇文章、製作一份簡歷，大到管理一個公司、制定一個社會制度，都可以放在設計思維的框架下，萬變不離其宗。

設計的未來必將是超越形態和介質的存在，是一種方法，更是一種思維。

關於譯者
除我以外，本書的其他幾位譯者基本都是各大互聯網公司的資深設計師，他們是：
許格格，前微軟資深色彩材質設計師，畢業於新南威爾士大學藝術學院。
柴博茹，Frog Design 商務拓展，畢業於上海政法學院。
謝雪婷，百度高級交互設計師，百度地圖主設計師，畢業於香港理工大學設計學院。
劉雨，百度高級交互設計師，百度圖片主設計師，畢業於南京郵電大學。
李卿怡，用戶體驗設計師，畢業於美國設計名校ACCD（Art Center College of Design） 。
劉亞明，北京師範大學珠海分校講師，畢業於香港理工大學設計學院。
胡倩穎，阿里巴巴交互設計師，畢業於香港理工大學設計學院。
譚皓丹，美國印第安納大學人機交互專業博士在讀。
李歌翼，工業設計師，曾任職於諾基亞、聯想、微軟等企業，畢業於香港理工大學設計學院。
劉夏，百度用戶體驗部實習生，浙江大學軟體學院研二學生。
謝彬歡，前知乎主設計師，現如戲設計總監，畢業於復旦大學及香港理工大學。
周安博，交互設計師，畢業於香港理工大學設計學院。
趙韻，獨立平面與UI 設計師，畢業於倫敦藝術大學中央聖馬丁藝術設計學院。
許世傑，網易高級交互設計師，畢業於香港理工大學設計學院。
感謝以上譯者在百忙之中能夠參與此書的翻譯，還要感謝本書編輯張春雨，他在我經常拖欠稿件的時候依然給予溫柔的鼓勵。

寺主人
2015 年11 月4 日
於北京三里屯

有點貪心了.

機器人設計和製作, 往往從現有的一個機器人平台開始, 一下子學習這麼多知識, 是吃不消的.