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机器人系统开发与运动控制

📚 共计 30 章节

机器人系统概述

机器人定义与发展史 · 分类与应用场景 · 系统组成（机械/电气/软件） · 课程框架

机器人运动学基础

空间描述与变换 · 位置姿态表示 · 齐次变换矩阵 · 旋转矩阵与欧拉角

数学坐标变换

D-H参数法 · 连杆坐标系 · 正运动学方程 · SCARA机器人正解

问题描述 · 解析法与数值法 · 可解性与多解性 · 6轴机器人逆解（Pieper准则）

速度与静力学

雅可比矩阵 · 奇异性分析 · 静力传递与力雅可比 · 2连杆机械臂雅可比

动力学基础

牛顿-欧拉法 · 拉格朗日法 · 动力学标准形式 · 单摆与双摆建模

动力学建模

关节空间规划（梯形/S形） · 笛卡尔空间规划（直线/圆弧） · 时间最优轨迹

运动控制系统架构

运动控制器 · 驱动器 · 执行器 · 传感器 · 通信总线（EtherCAT/CANopen）

电机与驱动技术

直流电机 · 步进电机 · 交流伺服 · 驱动器控制模式（位置/速度/转矩）

传感器与感知

编码器（增量/） · 力/力矩传感器 · IMU · 视觉传感器应用

感知传感器

PID控制原理

比例/积分/微分作用 · Ziegler-Nichols整定 · 数字PID实现

先进控制算法

前馈控制 · 自适应控制 · 鲁棒控制 · 阻抗控制与导纳控制

机器人操作系统（ROS）入门

ROS架构（节点/话题/服务） · Rviz/Gazebo · 发布-订阅节点编写

ROS2与运动控制

ROS2 vs ROS1 · ros2_control框架 · 硬件接口与控制器管理器

实时系统与运动控制

RT-Linux/Xenomai · 任务调度 · 时间同步与抖动控制

通信协议详解

EtherCAT（数据帧/从站/分布时钟） · CANopen（PDO/SDO/NMT）

伺服驱动器调试

参数配置 · 增益调整 · 共振抑制 · 陷波/低通滤波器

机器人标定

运动学标定（参数辨识） · 工具标定（TCP） · 用户坐标系标定

安全与协同

ISO 10218/15066 · 安全PLC · 力/速度限制 · 人机协作策略

机器人编程语言

RAPID(ABB) · KRL(KUKA) · Lua脚本 · Python机器人编程(pybotics/ikpy)

视觉引导运动

手眼标定（Eye-in-Hand/ Eye-to-Hand） · 视觉伺服（IBVS/PBVS） · 抓取点规划

力控与装配

力位混合控制 · 柔顺控制 · 搜索策略 · 轴孔装配应用

移动机器人运动控制

轮式运动学（差速/全向） · AGV/AMR路径跟踪（Pure Pursuit/Stanley）

多机器人协同

主从控制 · 分布式控制 · 避碰策略 · 任务分配与调度

机器人仿真技术

Gazebo仿真 · MuJoCo物理引擎 · Simulink/Simscape Multibody

数字孪生与运动控制

数字孪生概念 · 实时数据映射 · 虚拟调试 · OPC UA/MQTT集成

数字孪生集成

机器学习在运动控制中的应用

强化学习（DDPG/PPO）轨迹优化 · 神经网络辨识动力学模型

机器学习优化

项目实战：六轴机器人搬运工作站

需求分析 · 方案设计 · 运动规划 · 控制系统集成 · 调试优化

项目实战：协作机器人力控打磨

力传感器选型 · 阻抗控制参数整定 · 轨迹复现与力跟踪

课程总结与前沿展望

技术瓶颈 · 未来趋势（具身智能/人形/软体） · 学习资源推荐