⑴ 入門機器人需要的基礎知識
初學者入門機器人所需的基礎知識包括剛體和位型空間的理解、自由度的計算、位形空間的定義、拓撲概念、旋轉原理以及分析力學的基礎知識。下面將詳細解析這些概念。
剛體與位型空間：剛體是理想化模型，其內部所有質點相對靜止，不會發生形變。在位型空間中，用六個自由度描述三維空間中剛體的位移和姿態。這些自由度包括三個位移分量和三個旋轉分量。
自由度：在三維空間中，剛體需要六個數字來描述其位置和姿態。選取一個參考點，通過描述與參考點的距離和角度來確定剛體位置，最終獲得六個自由度。
位形空間：位形空間是描述系統狀態的抽象空間，其維度等於系統的自由度。單個剛體的位形空間是一個三維空間，而更復雜的系統如雙擺則具有更復雜的位形空間。
拓撲：拓撲描述了物體的連續性與變形性質。球面與圓環在拓撲上不等價，因為它們不能通過簡單的伸展或彎曲相互轉換。同樣，平面上的自由移動質點與三維空間中的自由剛體在拓撲上也不同。
旋轉：旋轉是描述剛體繞固定點旋轉的運動。雖然可以使用三維矢量表示位置，但旋轉不能用三維矢量表示，因為它不滿足矢量的對易性。四元數和旋轉矩陣是表示旋轉的常見方法。
分析力學：分析力學研究動力學問題，其中拉格朗日量和拉格朗日方程是核心概念。對於初學者，理解拉格朗日方程至關重要，而哈密頓方程相對較少使用。
常見機器人：機器人由多個剛體組成，通過關節連接。關節類型包括平動和旋轉，常見機器人如機械臂和移動機器人。機械臂的末端通常安裝有末端執行器，而移動機器人則有浮動基座。常見的移動機器人包括人形機器人和四足機器人。
驅動器：驅動器控制機器人的運動。常見的驅動方式包括液壓驅動、電機驅動和線驅動。不同機器人根據應用場景選擇合適的驅動方式。