Robotics 研究对象：机器人，可重复编程的多功能操纵器
机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。
机器人学是研究机器人的设计、建造、运作和应用的一门交叉学科。
机器人基础
机器人分类
ROS2 Genesis
Lie Group Lie Algebra
基础概念
自由度 Degrees of Freedom, DoF
是指物体或系统在空间中独立运动的数量。对于机器人而言，自由度代表了其关节或部件能够独立移动的方向或方式，决定了机器人的灵活性和运动能力。
- 1 DoF：伸缩或旋转
- 6 DoF：能在三维空间自由运动（像无人机或机械臂）
- >6 DoF：冗余自由度，实现更为复杂的动作
符号说明
\perp \quad \vdash \quad \parallel
\end{align}$$
```
\perp \vdash \parallel
```
| 名称 | 数学符号表示 | 意义 |
| ------- | ------------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ |
| 矢量 | 小写粗黑斜体<br>$\boldsymbol{r}\; \boldsymbol{s}$ | $\large ^{G}_{B}\boldsymbol{r}_{P}$ 在参考系 $B$ 中看参考系 $G$ 中以 $P$ 为参考点的矢量<br>右下角 $P$ 表示矢量的参考点<br>左上角 $G$ 表示矢量在参考系 $G$ 中<br>左下角 $B$ 表示对于参考系 $B$ 而言 |
| 动态矢量/矩阵 | 大写粗黑斜体<br>$\boldsymbol{F}\; \boldsymbol{M}\; \boldsymbol{J}$ | $\large ^{G}\boldsymbol{T}_{B}$ 从参考坐标系 $B$ 到目标坐标系 $G$ 的变换矩阵 |
| 角速度 | | $\large ^{B_{2}}_{G} \boldsymbol{\omega}_{B_{1}}$ 刚体坐标系 $B_{1}$ 中相对于全局坐标系 $G$ ，在刚体坐标系 $B_{2}$ 中的表达的角速度<br>右下角表示是坐标系 $B_{1}$ 的角速度<br>左下角表示角速度相对于 $G$ 而言<br>左上角表示在坐标系 $B_{2}$ 中所表达 |
| 单位矢量 | 带 $\hat{}$ 的小写字母 | |
| 位置矢量 | | $\overrightarrow{ON}$ |
| 刚体坐标系 | $B$ | |
| 全局惯性坐标系 | $G$ | |
### 一、机器人运动学 Robot Kinematics
运动学描述了机器人各个关节的位置和姿态与机器人末端执行器位置和姿态之间的几何关系，不考虑力和力矩。
[[旋转运动学\|旋转运动学]]：对于一点固定的刚体，唯一可能的运动就是绕固定点旋转
[[定向运动学\|定向运动学]]：确定刚体的旋转角度和轴
[[运动的运动学\|运动的运动学]]：刚体的一般运动，绕轴 $\hat{u}$ 旋转角度 $\phi$ 并位移 $d$
[[正向运动学\|正向运动学]]：给定关节变量（位置、角度），计算末端执行器的位置与姿态
[[逆向运动学\|逆向运动学]]：给定末端执行器的位置与姿态，求解关节变量（通常非线性，可能多解）
[[速度运动学与静力学\|速度运动学与静力学]]：分析机器人关节速度与末端速度的关系，包括正向速度运动学和逆向速度运动学
[[运动学中的数值法\|运动学中的数值法]]
旋转的合成与分解
### 二、机器人动力学 Robot Dynamics
动力学描述了力、力矩与运动之间的关系，考虑了质量、惯性、摩擦等因素。
[[加速度运动学\|加速度运动学]]：
[[运动动力学\|运动动力学]]：
[[机器人动力学\|机器人动力学]]：
### 三、机器人感知 Robot Perception
机器人通过传感器获取环境和自身状态的信息，并对数据进行处理和理解的过程
[[SLAM\|SLAM]]
[[概率图模型\|概率图模型]]
### 四、机器人控制 Robot Control
根据感知和任务目标，计算出机器人执行机构（电机、关节、轮子等）的控制指令，使机器人运动、操作或与环境交互的过程。
[[路径规划\|路径规划]]: 回答“如何到达那里？”
[[运动规划\|运动规划]]: 回答“如何平稳、安全地到达那里？”
### 相关理论
[[具身智能\|具身智能]]
[[机器人集群\|机器人集群]]
### 参考资料
https://hades.mech.northwestern.edu/index.php/Modern_Robotics
