第一章 ：概述

1.2 操作臂的力学与控制

位置和姿态的描述

• 物体描述：位置和姿态

操作臂正运动学

• 运动学：研究运动，不考虑力
  • 内容：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。（几何和时间特征）
• 组成：连杆和关节（转动关节：关节角；移动关节：关节偏移量）
• 自由度：个数是操作臂中具有独立位置变量的数目（对于典型工业机器人，多数为开式运动链，每个关节位置都有唯一一个变量来定义，因此关节数等于自由度数目。）
• 末端执行器：组成操作臂的运动链的自由端，常采用设置于末端执行器上的工具坐标系（相对于设置操作臂固定底座的极坐标系）来描述操作臂的位置。
• 正运动学：是一个计算操作臂末端执行器位置和姿态的静态几何问题。（关节空间描述到迪卡儿空间描述）

操作臂逆运动学

• 逆运动学：给定操作臂末端执行器的位置和姿态，计算所有可达给定位置和姿态的关节角。（迪卡儿空间向关节空间的映射）
• 运动学方程解的有无定义了操作臂的工作空间。

速度、静力、奇异点

• 雅克比矩阵：定义了从关节空间速度向迪卡儿空间速度的映射，该映射随着操作臂位形的变化而变化。在奇异点（局部退化-某些自由度失效），映射不

动力学

• 动力学：主要研究产生运动所需要的力，关节驱动器产生的扭曲函数的形式取决于末端执行器路径的空间形式和瞬时特性、连杆的质量特性和负载以及关节摩擦等因素。（可用于仿真）

轨迹生成

• 一条路径的描述不仅需要确定期望目标点，而且还需要一些中间点或路径点。

操作臂设计与传感器

专用机器人、通用机器人（最小6自由度）

线性位置控制

位置控制系统：首先要考虑自动补偿由于系统参数引起的误差以及抑制引起系统偏离期望轨迹的扰动。

力控制

力控制与位置控制互补，一般二者只有一个是合适的。（混合控制方式：某些方向用位置控制规律，其余方向通过力控制规律。）