製作機器人的步驟

今天我們來聊聊怎麼製作屬於自己機器人。這一次主要針對的對象，是希望能親手製作出一隻機器人的朋友。

建立基本概念

在開始著手設計及製作機器人之前，首先要建立三個基本觀念：

一、強大的內在動機

如同許多成功學大師告訴我們的：「強大的內在動機，是驅使我們去克服萬難達成目標的關鍵。」為什麼呢？我們常說能夠從機器人學習到太多的知識，換個角度來看，其實這也是告訴我們，機器人涵蓋了眾多知識領域。完成一個機器人，至少需具備下列幾項知識和技能：機械、電子、電機、資訊工程、仿生學等等。

更進一步，甚至連工業設計、動物行為學和人類心理學都需要涉略。也就是因為包含了這麼多的技術及知識領域，在製作機器人的過程中，欠缺任何一項技能，都可能造成過程的瓶頸，而無法完成機器人的製作，甚至終結了對機器人的興趣。所以唯有強大熱愛機器人的內在動機，才可能持續維持這項興趣，並有恆心毅力來不斷學習，以便克服一切障礙。

二、簡單明確的設計

正如同許多玩家前輩所建議的，另一個重要的心法就是遵循KISS法則（Keep It Simple and Stupid）: 保持簡單明確！無論在任何階段，這都是非常睿智的建議。

三、把錢準備好

老實說，玩機器人可以是很花錢的興趣，無論玩的是機器人套件，還是DIY自行製作機器人。對剛投入這個領域的玩家來說尤其如此。因為投入這個領域的初期，首先還沒有足夠的經驗去挑選零件，很可能會投資一些冤枉錢在不需要或錯誤的零件上；同時，手邊也還沒有累積足夠的零件和工具來使用；另外就是因為經驗不足，在組裝測試過程中也常有機會搞壞部分零件或工具，而必須重新購買。因此在全心投入機器人組裝之前，需要先做些功課，並規劃好預算。

要確定自己做出來的東西可以稱為機器人，首先我們再回顧一下機器人的定義：「人類製造的機械裝置，能對周邊環境做出適當的回應、自主判斷並達成特定任務。」也就是說，機器人必須具備感知環境、做出判斷，並產生行動的能力。以機器人踢球為例，首先它要看得到球（感知環境），接著需判斷要將球踢到哪裡去（做出判斷），最後產生踢球的動作，將球踢出去（產生行動）。這一系列的過程，跟人類足球員踢球的過程是很類似的。

開始製作機器人

有了基本觀念後，接下來讓我們開始製作機器人。一共包含了四個步驟：機器人概念設計、零件選用、機器人組裝、和程式控制。

一、機器人概念設計

製作機器人的第一步，並不是直接拿起木板到鋸床上切割。而是拿出白紙，先將想做的機器人雛型規劃出來。這階段，主要需定義機器人的功能、決定機器人的載具和移動方式，以及確認預定採用的機器人的控制方式。

1.定義機器人的功能：

第一隻機器人的功能建議不要太過困難或複雜，最好以進行簡單的任務為目標（記得KISS法則嗎？）。在這個階段，我們希望可透過設計和組裝的過程，來學習和機器人相關的知識和技能，並藉此慢慢累積成就感和經驗。所以讓我們暫時將製作出鋼鐵人飛行裝的偉大計畫，推遲到之後幾個專案再來執行。

2.決定機器人的載具和移動方式：

機器人的載具可能是機械手臂、八腳蜘蛛、或是輪車等等。同時也須思考機器人該要如何移動，用雙腳、四肢、八爪或是用輪子。（關於機器人可選擇的移動方式可參考：機器人的移動方式有哪些？）

3.確認機器人的控制方式：

要使用有線控制（電線、網路線）？無線控制（紅外線、藍芽、WIFI、GPRS、無線射頻）？還是自主控制？

二、零件選用

在完成初步的概念設計以後，接下來就進入挑選所需裝置與零件的階段。需要選用的零件包含：驅動器、動力源、控制板、馬達控制器和感知器等等。我們建議剛入門的的玩家，從驅動器開始挑選。例如直流馬達、伺服機等。接下來，再選擇可以和驅動器搭配的控制板及驅動器控制板，最後是感知器，像是攝影機、超聲波測距儀等等裝置。

※零件選用小提示：

1. 在選擇驅動器時，要先確認機器人所需要的規格。像是力量輸出、製動方式等。這類訊息可以由網路搜尋，以及從驅動器的規格書上找到。

2. 選用市面上普及的零件。由於在機器人製作的過程中，很常會遇到問題，而普及常用的的零件因為使用者多，較容易由網站、社群、坊間書籍或玩家團體中獲得支援。

3. 在動力來源部分，建議使用高電容量、並能維持輸出1安培電流的充電電池。

三、機器人組裝

在湊齊了所有需要的零件和裝置之後，接下來我們將要把機器人製作出來。這個階段主要著重在兩個部分：機器人的骨架結構設計與製作，以及將所有零件和裝置裝配起來。

assemble robot body with screw on white isolated

骨架結構的設計與製作看似直覺，卻經常是製作機器人過程中最耗時費工的階段。坊間有各式各樣的材料可以選用，一如前文所提的KISS法則，儘量選擇易獲得、好加工又具有一定剛性的材料來製作結構體，像是瓦楞紙、木材、金屬薄板或是3D列印等。如果可以，好好地應用3D繪圖軟體來協助設計，它可以幫助我們更直覺的看到最終成品的外觀，也同時能夠省下許多嘗試錯誤的時間。

由於是入門機器人製作，這裡暫時先不把工業產品設計的程序考慮進來，也就是「將腦中的雛型概念視覺化、製圖、製作樣品，直到最終完成成品」這樣的一個流程。同時，機器人的外觀，在現階段也先不用太過在意。

四、程式控制機器人

最後一個步驟，也是為機器人開光點眼、注入靈魂的關鍵步驟，就是將程式燒入機器人的晶片中。在完成這個步驟之前的機器人，我們只可以將它視為一台昂貴的玩具。要能完成這個步驟，有需要具備另一大塊的技術能力——對機器人控制的知識，還有電腦程式編寫的技能。這部分的知識可以從網站、社群和書籍中獲得；市售的控制板一般也會提供人機軟體介面，供開發者使用。