【机器人学导论（第四版）】1-绪论

机器人学可划分为机械操作、移动、计算机视觉和人工智能，本书介绍机械操作

按照刚体力学、分析力学、机构学和控制理论中的原理和定义对机器人运动学、动力学、控制和编程中的原理进行阐述。1-8：机械工程和数学；9-11：控制理论；12-13：计算机科学

1.概述

背景资料、基本思想和符号说明

1.1 背景

如果某个机械设备可以编程去完成多种不同的应用任务，一般认为是机器人。

1.2 操作臂的力学与控制

位置和姿态的描述

为了描述空间物体的位置和姿态 ，我们一般先在物体上设置一个坐标系（位姿），然后在某个参考坐标系中描述该位姿的位置和姿态。任一位姿我们都能用作研究物体位置和姿态的参考坐标系，因此经常将物体空间属性的描述从一个位姿变换到另一个位姿。

操作臂正运动学

运动学研究物体的运动的全部几何和时间特性，而不考虑引起这种运动的力。只研究位置、速度、加速度和位置变量对于时间或者其他变量的高阶微分。

连杆

关节 转动(关节角) 滑动/移动（关节偏移量）

自由度 操作臂中具有独立位置变量的数量。四杆机构只有一个自由度。

末端执行器：组成操作臂的运动链的自由端

工具坐标系：设置于末端执行器

基坐标系：设置于操作臂固定底座

正运动学：计算操作臂末端执行器位置和姿态的静态几何问题。即从关节空间描述到笛卡尔空间描述的操作臂位置表示。

操作臂逆运动学

问题是给定操作臂末端执行器的位置和姿态，计算所有可达给定位置和姿态的关节角。

速度、静力、奇异点

雅可比矩阵定义了从关节空间速度到笛卡尔空间速度的映射。在奇异点，映射是不可逆的。

动力学

轨迹生成

每个关节按照制指定的时间连续函数运动，轨迹生成就是如何准确计算这些运动函数。

样条函数表示通过一系列路径点的连续函数。

力控制

1.3 符号

• 大写字母、小写字母
• 左下标和左上标
• 右下标和右上标
• 三角函数 cos${\theta }_1$ = $c{\theta }_1$ =$c_1$

${}^0{w}_4{=}^0{w}_1{+}^1{w}_2{+}^2{w}_3{+}^3{w}_4$

只有在同一个坐标系系下才可以相加，否则不能相加。