5、机器人学基础与运动描述解析

机器人学基础与运动描述解析

1. 机器人研究范围界定

机器人学是一个多领域交叉的研究范畴，难以在单一论述中全面涵盖。为明确核心方向，首先需明确不在探讨范围内的科学领域。

在人形机器人设计方面，诸多主题超出了核心范畴，例如：
- 机器视觉：专注于让机器人“看”的技术领域。
- 语音处理：使机器人能够理解和生成语音的技术。
- 人工智能：赋予机器人智能决策和学习能力的学科。
- 编程与决策制定：涉及机器人程序编写和决策逻辑的领域。

此外，移动和飞行机器人相关的研究，如路径规划、避障、运动学、动力学、控制、自动驾驶、概率机器人学以及传感器和执行器的应用等，也不在核心讨论范围内。复杂结构的设计，像多指手及其触觉传感器的设计，同样不做深入探讨。

从机器人结构分类来看，串联机器人和并联机器人各有特点。并联机器人的分析和设计更为复杂，而串联机器人的分析和设计知识是理解并联机器人的基础。因此，后续将主要聚焦于串联机器人的分析与设计。

在串联机器人设计中，不涉及机械设计、合适执行器和传感器的选择、示教器的实现，以及数据驱动技术和人工智能在控制中的应用。核心目标是为读者提供在力学和控制两个关键领域分析和设计串联机器人所需的知识与技能。通过学习，读者将具备分析具有多自由度的开式运动链结构（即串联机器人）的能力，可评估和分析工业、外骨骼、太空和手术等多种应用场景中的机器人。

2. 串联机器人的关键知识分析

• 运动的数学表示 ：深入阐述三维空间中运动的数学表达，精确定义位置和方向。会详细研究多种表示方法，如旋转矩阵和欧拉角。旋转矩阵在