机器人学中的旋量理论与几何:教程

需积分: 9 11 下载量 79 浏览量 更新于2024-07-16 1 收藏 847KB PDF 举报
"Geometry and Screw Theory for Robotics" 是一本关于机器人学中的几何与螺旋理论教程,由 Stefano Stramigioli 和 Herman Bruyninckx 于2001年撰写。该教程强调了在机器人领域中,基于螺旋几何和代数的方法相较于其他技术展现出的优势。本书深入探讨了刚体运动、配置、速度、力和动力学等方面的概念。 章节1首先介绍了刚体的运动,从欧几里得空间的基本概念出发,如点、向量、标量积、距离测量、垂直性和向量积,这些是理解机器人运动的基础。作者将刚体的配置描述分为两类:利用Lie群(特别提到SE(3))的方法,以及有限扭(finite twist)描述,这有助于简化复杂系统的分析。 接着,章节转向了刚体的速度,即twists,它们作为SE(3)元素被定义,并与螺旋理论相结合,展示了其在描述刚体旋转和平移速度上的便利性。Wrenches(力矩)也是关键概念,它们同样作为SE(3)中的元素出现,用于表示作用在刚体上的外力和力偶,其在螺旋理论中的应用使得力的解析更加直观。 动力学部分着重于动能、惯性变换以及欧拉方程的讨论,这些都是设计和控制机器人系统时必不可少的物理基础。书中还涵盖了Lie代数的指数映射,特别是SO(3)和SE(3)元素的指数映射,这对于解析刚体运动的动态行为至关重要。 章节2进一步扩展到串行机构的配置动力学,包括刚体链的运动学,通过这些概念,可以理解和分析复杂机械结构的行为,比如关节空间和驱动物理的关联。 总结来说,"Geometry and Screw Theory for Robotics" 提供了一个系统性的框架,帮助读者掌握如何运用螺旋理论这一强大的工具来处理机器人学中的各种问题,从单个刚体的运动控制到多关节机械臂的运动分析,都是本书涵盖的重要知识点。通过学习和应用这些理论,工程师们能够提升设计和优化机器人系统的能力。
2023-05-26 上传