机器人学入门(二):基础知识

欢迎深入探索机器人学的世界,让我们借助经典教材如《机器人学:建模、控制与视觉》和斯坦福大学的导论,揭开机器人科学的神秘面纱。在这一旅程中,我们将聚焦于基础知识,逐步领略机器人的构造与操作。


构造篇


机器人机构的构造基础是至关重要的。串联机构,如由连杆和关节组成的结构,区分于高副(如旋转副)和低副(移动副)的特性。串联机器人,如我们常见的工业手臂,通常配备多个旋转和移动关节,手臂和手腕各拥有三个自由度,赋予了它们灵活的运动能力。


并联机构则是另一个独特的设计,如Stewart平台和Delta机构,它们通过独特的连接方式提供更为精确和稳定的运动。机器人手爪,作为抓取物体的关键组件,包括夹持式、多关节设计,以及适应性极强的顺应手爪,它们在操作中扮演着举足轻重的角色。


力学与控制


要掌握机器人的操作,我们必须研究物体的位置和姿态,这就需要用到参考坐标系。2.2章节中,操作臂运动学探讨了正运动学(计算末端执行器位置和姿态)与逆运动学(反之,从目标位置反向推算关节动作)的奥秘。雅可比矩阵在这个过程中发挥着关键作用,它在速度分析中揭示了奇异点,这些特殊点可能影响机构的自由度。


动力学研究则深入到力的层面,驱动关节产生复杂的扭矩,这些扭矩在仿真和轨迹生成中起着决定性作用。轨迹设计则需要精心构造关节运动函数,确保运动的协调和连贯。


设计机器人时,我们不能忽视专用或通用的考量,驱动器、传感器的选择对性能有着直接影响。2.6章节探讨了这些技术的融合,如何通过线性或非线性位置控制补偿误差,抑制扰动,而力控制则是位置控制的有力补充。


统一符号语言


为了方便理解和交流,符号约定在机器人学中至关重要。我们需要统一矢量、矩阵和坐标系的表示,以此建立清晰的数学模型,让理论与实践无缝对接。


在这个基础上,机器人的世界正等待着你去探索和掌握,每一步深入都将带你领略更多关于机器人学的魅力和奥妙。让我们一起踏上这段激动人心的旅程吧!



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