机器人学导论复习归纳总结.pdf

在机器人学中，坐标系的描述是基础，也是理解机器人位置、姿态和运动的前提。机器人学中通常有两种坐标系：世界坐标系和固连坐标系。世界坐标系是一个绝对的坐标系，用以描述宇宙中所有物体的位置，它通常是无限大的，以便能覆盖所有的运动空间。而固连坐标系则固定在一个特定的物体上，它随着物体的移动而移动，可以认为是和物体“绑定”在一起的。在描述一个物体的位置时，我们通常用该物体上固连坐标系的单位向量与世界坐标系的换算关系来表示。这意味着在世界坐标系中，我们需要知道该固连坐标系的三个单位向量的坐标，才能完全确定物体的位置和姿态。 在机器人学中，经常需要计算坐标系或向量相对于固定或运动坐标系的变换，这就涉及到坐标变换的问题。变换方式可以分为旋转变换和平移变换，而旋转变换又可以按照绕不同轴的旋转来进一步细分。例如，坐标系{B}相对于坐标系{A}的变换可能包括绕x轴的旋转和沿y轴的平移，其变换可以通过旋转矩阵和平移向量来实现。在进行旋转变换时，需要特别注意旋转的顺序，因为在三维空间中，旋转具有非交换性，即先绕一个轴旋转再绕另一个轴旋转的结果与旋转顺序有关。 正运动学和逆运动学是机器人学中的重要概念。正运动学是指已知机器人的各个关节角度和连杆参数，计算机器人末端执行器的位置和姿态的过程。而逆运动学则是已知末端执行器的位置和姿态，计算出实现该位置和姿态所需的各个关节变量的过程。逆运动学通常比正运动学复杂，因为可能存在多个解或者无解的情况。 描述操作臂各连杆的连接方式，并计算末端执行器的位姿时，需要遵循DH（Denavit-Hartenberg）方法的基本原则。DH方法是一种常用的方法来描述机械臂的运动学关系，通过确定每连杆的四个参数（连杆长度、连杆扭角、连杆偏移和关节角度）来建立相邻连杆间的坐标系变换关系。通过这种变换关系，可以递推地计算出从基座到末端执行器的总变换矩阵。 雅克比矩阵是连接关节速度与机械臂末端执行器速度的桥梁。在机器人学中，雅克比矩阵是一个重要的概念，它可以将关节速度转换为末端执行器的笛卡尔速度。在给定操作臂的连杆位形后，可以通过几何方法求出雅克比矩阵。 动力学是研究物体运动与力的关系。在机器人学中，我们需要能够根据多连杆构型、关节角度、速度和加速度等参数，求出刚体的速度和加速度，并建立动力学平衡方程。通过这些方程，可以分析和计算机器人在执行任务过程中的受力情况，以及可能出现的动态响应。 轨迹规划是机器人运动控制中的一个重要环节，它涉及到规划机器人从起始位置到达目标位置的运动路径。三次曲线插值是一种常用的轨迹规划方法，它可以根据给定的边界条件求出三次曲线函数。三次曲线函数可以确保机器人在运动过程中加速度和速度的平滑过渡，从而避免运动过程中出现突变，提高机器人的运动精度和稳定性。 以上就是《机器人学导论复习归纳总结》中所涉及的关键知识点的总结，涵盖了机器人学的基础理论和计算方法，为理解和掌握机器人学提供了系统性的框架。