机器人学（第二部分）：动力学、控制与运动规划

机器人动力学、运动规划、轨迹规划、先进运动学与速度分析

“机器人学：动力学、控制与运动规划（第二部分）”是一门深入探讨机器人高级概念的课程，旨在为设计和控制机器人机械臂提供理论基础与实践方法。该课程系统地覆盖了机器人学中至关重要的多个领域，包括逆运动学、工作空间分析、微分运动学、动力学建模以及运动规划与控制，帮助学习者全面掌握实现高效机器人系统设计与操作所需的核心技术。

首先，课程从逆运动学和工作空间分析入手。逆运动学是解决已知机械臂末端执行器位置和姿态，反求各关节参数的过程。通过学习二连杆平面机器人、选择性合适装配机器人（SCARA）以及多关节机械臂的逆运动学，学生能够理解和计算各种机器人配置的关节角度。此外，工作空间分析使学员了解机械臂能够接触和操作的空间范围，此为设计机器人任务和规划路径的重要基础。

继而，课程深入微分运动学部分，着重介绍雅可比矩阵的应用。雅可比矩阵连接机器人关节角速度与末端执行器的线速度和角速度，因而是分析运动速度的重要工具。学生学会利用雅可比矩阵进行速度分析，并研究奇异点——即雅可比矩阵失去秩导致机器人控制性能下降或运动能力受限的关键位置，理解其对运动学性能和机械臂安全操作的影响。

在动力学模块，课程系统讲解了两种经典的动力学建模方法：欧拉-拉格朗日方程和牛顿-欧拉方法。欧拉-拉格朗日法基于能量视角，推导机械臂关节的动力学方程；而牛顿-欧拉法则采用力和力矩分析，从力学平衡角度建模。学生通过数值练习掌握如何计算作用于机械臂各关节的力和力矩，这对于控制设计和运动仿真至关重要。同时，课程引入高级运动学概念，如螺旋理论和Plücker坐标系，这些工具有效地表达机器人复杂运动的几何属性，提升空间运动的表述效率与精度。

最后，课程聚焦运动规划与控制。通过学习轨迹生成技术，学员能够设计机械臂从起始到目标状态的平滑路径，确保运动的连贯性与精准度。同时，探讨工作单元控制器的实现，使机器人可以在自动化生产环境中高效协同工作，实现复杂任务的自主执行。

MP4 | 视频：h264，1280×720 | 音频：AAC，44.1 KHz
语言：英语 | 大小：1.50 GB | 时长：3 小时 25 分钟

该课程将理论知识与实际问题解决相结合，不仅适合工程专业的学生，也非常适合机器人研究人员和从业人员。学习者将掌握：

• 逆运动学问题求解及机器人工作空间分析；
• 利用微分运动学进行速度建模及奇异点分析；
• 采用欧拉-拉格朗日和牛顿-欧拉动力学公式计算关节力矩；
• 结合螺旋理论开展轨迹规划与机器人运动控制。

“机器人学：动力学、控制与运动规划（第二部分）”是一门全面的高级机器人课程，为致力于机器人系统设计、自动化控制及机械臂开发的人员，提供系统且深入的专业技能培训，帮助其克服机器人技术中的复杂挑战，迈向更高水平的创新与实践。

概述
第 1 部分：逆运动学和工作空间

讲座 1 逆运动学

讲座 2 双连杆平面机械手的工作空间

讲座 3 运动方程的可解性

讲座 4 SCARA（RRPR）机械手的逆运动学

讲座 5 关节型（RRR）机械臂逆运动学

第 2 节：微分运动学和速度分析

讲座 6 机器人中的微分运动学

第七讲 基于微分运动学的两个数值问题

讲座8 串联机械手的速度传播模型

第九讲 数值问题1：基于速度传播模型的串联机械手

第10讲 数值问题2：基于串联机械手速度传播模型

第 11 讲 机械手的奇点

第 3 部分：机器人动力学

第 12 讲 欧拉-拉格朗日方程：动力学

第13讲 基于机器人动力学的数值问题

第 14 讲 牛顿-欧拉公式

第15讲 基于前向递归的数值问题

第16讲 基于后向递归的数值问题

讲座 17 RP 机械手的拉格朗日动力学公式

第四部分：先进概念的演进

讲座18 运动学中的螺旋坐标（螺旋理论）

第19讲 基于普吕克坐标、扭转和扳手的数值问题

第五节：运动规划与控制

第20讲 轨迹规划

第 21 讲 机器人技术中的工作单元控制器

本课程非常适合机器人、机械或自动化工程专业的本科生和研究生，帮助他们在机器人运动学、动力学和控制方面打下坚实的基础。它也非常适合希望深化高级机器人运动和操控技术知识的专业人士和研究人员。此外，对理论概念和实际应用都感兴趣的机器人爱好者和开发者也会发现本课程很有价值。对于准备参加 GATE、IES 等竞争性考试或机器人和自动化领域技术面试的人员来说，本课程尤其有益。