⑴ 入门机器人需要的基础知识
初学者入门机器人所需的基础知识包括刚体和位型空间的理解、自由度的计算、位形空间的定义、拓扑概念、旋转原理以及分析力学的基础知识。下面将详细解析这些概念。
刚体与位型空间：刚体是理想化模型，其内部所有质点相对静止，不会发生形变。在位型空间中，用六个自由度描述三维空间中刚体的位移和姿态。这些自由度包括三个位移分量和三个旋转分量。
自由度：在三维空间中，刚体需要六个数字来描述其位置和姿态。选取一个参考点，通过描述与参考点的距离和角度来确定刚体位置，最终获得六个自由度。
位形空间：位形空间是描述系统状态的抽象空间，其维度等于系统的自由度。单个刚体的位形空间是一个三维空间，而更复杂的系统如双摆则具有更复杂的位形空间。
拓扑：拓扑描述了物体的连续性与变形性质。球面与圆环在拓扑上不等价，因为它们不能通过简单的伸展或弯曲相互转换。同样，平面上的自由移动质点与三维空间中的自由刚体在拓扑上也不同。
旋转：旋转是描述刚体绕固定点旋转的运动。虽然可以使用三维矢量表示位置，但旋转不能用三维矢量表示，因为它不满足矢量的对易性。四元数和旋转矩阵是表示旋转的常见方法。
分析力学：分析力学研究动力学问题，其中拉格朗日量和拉格朗日方程是核心概念。对于初学者，理解拉格朗日方程至关重要，而哈密顿方程相对较少使用。
常见机器人：机器人由多个刚体组成，通过关节连接。关节类型包括平动和旋转，常见机器人如机械臂和移动机器人。机械臂的末端通常安装有末端执行器，而移动机器人则有浮动基座。常见的移动机器人包括人形机器人和四足机器人。
驱动器：驱动器控制机器人的运动。常见的驱动方式包括液压驱动、电机驱动和线驱动。不同机器人根据应用场景选择合适的驱动方式。