机器人学导论

一.什么是机器人学

    机器人学研究的是如何综合运用机械装置、传感器、驱动器和计算机来实现人类的某方面功能。机器人学可分为4个主要领域：机械操作、移动、计算机视觉和人工智能。

二.专业术语和概念

1.刚性自动化：机器一般限定为完成某一类任务 

2.位置和姿态：描述物体在三维空间中的位置

    为了描述空间物体的位置和姿态，我们一般在物体上设置一个坐标系（或位姿），任意一个位姿我们都能用研究物体位置和姿态的参考坐标系，因此我们经常将物体控件属性的描述从一个位姿变换到另一个位姿。

3.运动学：研究物体运动，而不考虑引起这种运动的力

    在运动学中，我们研究位置、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。这样，操作运动学的研究对象就是运动的全部几何和时间特性。

    几乎所有的操作臂都是由刚性连杆组成的，相邻连杆间由关节连接起来，允许相对转动。这些关节通常装有位置传感器，允许测量相邻杆件的相对位置。如果是转动关节，位移被称为关节角。一些操作臂包括滑动关节(或移动关节)，那么两个相邻连杆的相对位移是直线运动，有时将这个位移称为关节偏移量

4.自由度：自由度的个数是操作臂中具有堵路位置变量的个数，这些变量确定了机构中所有部件的位置。

5.末端执行器：组成操作臂的运动链的自由端 

6.工具坐标系：相对于设置于操作臂固定底座的基本坐标系，常用于描述操作臂的位置。

7.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。计算工具坐标系相对于极坐标系下的位置和姿态，这个过程称为从关节空间描述到笛卡尔空间描述的位置表述。 

8.逆运动学：给定操作臂末端的位姿，计算姿态和关节角。（定位映射问题，正运动学奖关节位置转换为三维空间位置供我们了解情况，逆运动学将三维空间位置转换到关节位置，传递我们发出的指令） 

9.雅可比矩阵：定义了从关节速度到笛卡尔空间速度的映射。

10.奇异点：在奇异点，映射是不可逆的 

11.动力学：主要研究产生运动所需要的力，动力学方程也常用于仿真

12.轨迹生成：如何准确计算出运动函数，一条路径的描述不仅需要确定期望目标点，而且还需要确定一些中间点或路径点，操作臂必须通过这条路径点到达目标点。有时用术语样条函数来表示通过一系列路径点的连续函数。

13.通用机器人和专用机器人：一种是为特定任务设计的，一种是能完成各种运动的。

14.线性位置控制: 一些操作臂装有步进电机或其他驱动器来直接产生所期望的轨迹。然而，绝大多数的操作臂都是由驱动器来驱动的，这些驱动器提供力或力矩来驱动连杆运动。在这种情况下，就需要一个算法来计算用于产生期望运动的力矩。动力学是设计这种算法的核心问题，但动力学并不仅是为了问题的求解。

    设计位置控制系统，通过控制算法对位置和速度传感器进行检测，以计算出驱动器的扭矩指令。

15.力控制：力控制和位置控制是互补的，在不同情况下选择不同的控制方式 

16：机器人编程：机器人程序语言编程是用户和工业机器人交互的接口,。绝大多数情况下，路径是通过确定一系列的路径点形成的。路径点是相对于参考坐标系确定的，是TCP经过路径上的指定位置。操作者除了要确定这些路径点之外，还要确定不同路径段上TCP的速度。有时，其他调节器也可以明确机器人的运动(例如针对不同的光滑度标准等)。依据这些输人，轨迹生成算法必须规划出机器人运动的所有细节:通过各点的速度曲线、运动时间等。

17. 符号

1)一般大写字母的变量表示矢量或矩阵小写字母的变量表示标量。

2)左下标和左上标表示变量所在的坐标系。例如，AP表示坐标系(A}中的位置矢量R是确定坐标系(A}和坐标系(B)相对关系的旋转矩阵9。

3)离线编程系统通常提供了计算机图形学接口，允许在编程过程中不占R-1，RT，这种表示已被广泛接受。

4)右下标没有严格限制，但可能用来表示矢量的分量(例如x、y或z)或者用于某个描述---例如在P中表示螺栓的位置。

5)我们可能会用到许多三角函数。角的余弦可以用以下任何一种形式来表示:cos0=c0=c1。