机器人运动学详解：串联机器人与运动学问题

"第九章机器人运动学主要探讨了机器人在时间变化中的运动特性，不涉及导致这些运动的力和力矩。这一章深入研究了关节变量与末端执行器位置和姿态之间的关系，特别是对于串联机器人和并联机器人这两种类型的运动学特性进行了对比。运动学正问题和逆问题作为运动学研究的核心，分别关注如何根据关节角度确定末端执行器的位置和如何找到实现特定位置所需的关节角度。" 在机器人运动学中，我们首先需要理解的是两种主要的机器人类型：串联机器人和并联机器人。串联机器人，如PUMA560，以其大的工作空间、灵活性和较低的刚度而闻名，但其缺点是误差会随着关节的增加而累积。相反，并联机器人，如Hexapod，以其高刚性、大负载能力和误差不积累为特点，但其工作空间和姿态范围相对较小。本章主要聚焦于串联机器人的运动学分析。 运动学是机器人学的一个关键分支，它关注机器人的运动表示。运动学正问题，也称为直接运动学，涉及到已知机器人关节的角度，计算出末端执行器在固定参考坐标系中的位置和姿态。这个问题通常通过解齐次变换矩阵来解决。而运动学逆问题，或称间接运动学，则是从期望的末端执行器位置和姿态出发，反向求解所需关节角度，以使机器人能够到达目标位置。解决这个问题可能有多种不同的关节配置。 运动学正问题的解决方案可以用于机器人路径规划，确保机器人能够准确地到达工作空间内的特定点。而运动学逆问题则对机器人控制至关重要，因为它允许机器人根据任务需求调整其关节角度，以达到指定的目标位置和姿态。 在实际应用中，运动学的这两个方面是紧密相关的。例如，在自动化生产线上的装配任务中，运动学正问题可以帮助计算出机器人手臂应该移动到何处以抓住零件，而运动学逆问题则决定如何精确地调整各个关节的角度来实现抓取和放置动作。此外，这两个问题的解决也是机器人避障和自主导航的基础。 第九章机器人运动学深入探讨了机器人运动的理论和实际应用，为理解和设计高效、精确的机器人控制系统提供了基础。无论是学术研究还是工业应用，理解并掌握运动学都是至关重要的。