机器人运动学解析：从正问题到逆问题

"该资料讲述了机器人原理中的运动学概念，特别是针对工业机器人。运动学是机器人学的基础，包括正问题和逆问题。运动学正问题涉及根据机器人关节变量计算末端执行器的笛卡儿坐标位置和姿态，而运动学逆问题则相反，是给定末端执行器的位置和姿态来确定关节变量。在三维空间中，一个刚体有六个自由度，分为三个平移自由度和三个旋转自由度。此外，资料还提到了齐次变换矩阵和旋转矩阵在描述机器人运动中的重要性，以及平移坐标的概念。报告人庄鹏在2006年的报告中涵盖了机器人的发展历史、定义、主要制造商、应用领域、分类、系统结构、技术参数、动力学、控制等多个方面。" 详细知识点解释： 1. **机器人运动学**：机器人运动学研究的是机器人各个关节运动如何影响其末端执行器在笛卡儿坐标系中的位置和姿态。正问题和逆问题是运动学的两个关键组成部分。 - **运动学正问题**：从关节角度（关节变量）推算末端执行器的位置和姿态，这在编程和路径规划中至关重要。 - **运动学逆问题**：给定末端执行器的位置和姿态，反推出关节变量的值，常用于机器人定位和操作任务。 2. **自由度**：在三维空间中，一个刚体有六个自由度，包括三个线性自由度（沿X、Y、Z轴的平移）和三个旋转自由度（绕X、Y、Z轴的转动）。这些自由度对应于机器人的灵活性和可操作范围。 3. **齐次变换矩阵**：在机器人学中，齐次变换矩阵是表示刚体在空间中位置和姿态变化的一种数学工具，它结合了旋转矩阵和平移向量，能够方便地描述机器人各关节之间的相对变换。 4. **旋转矩阵**：用于描述刚体在三维空间中的旋转，每个旋转矩阵对应一个特定的旋转角度和轴。 5. **平移坐标**：在机器人运动学中，平移坐标是指末端执行器在笛卡儿坐标系中的位置，通常用X、Y、Z坐标表示。 6. **机器人发展历史**：从第一代示教再现型机器人到第二代有感觉的机器人，再到目前的智能机器人，每一代机器人都反映了技术的进步，如计算机技术、控制技术、传感技术及人工智能的发展。 7. **机器人分类**：依据功能和结构，机器人可以分为不同类别，如示教再现型、感知型和智能型。 8. **机器人系统的基本结构**：通常包括机械结构、控制系统、传感器和执行机构等部分。 9. **机器人技术参数**：包括工作范围、承载能力、精度、速度等，这些都是衡量机器人性能的重要指标。 10. **机器人动力学**：研究机器人的力学行为，包括力、扭矩、加速度等，是设计和控制机器人运动的关键。 11. **机器人控制**：涉及到如何通过软件和硬件系统精确控制机器人的运动，包括位置控制、速度控制和力控制等。 这份资料提供了全面的机器人学基础，对于理解工业机器人的工作原理和技术发展有着重要的参考价值。