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运动控制:数学和物理防止碰撞

A3在线营销团队|8/19/2021

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结合了电气和机械工程、软件和硬件设计，并借鉴了从生物学、伦理学和心理学等不同领域收集的见解，机器人是一个真正的多学科领域。

当然，数学和物理是核心，而且是相互交织的。两者都用于生产不会引起碰撞的自动化设备。

在这篇文章中，我们将深入了解运动控制、运动学和动力学的基础知识。在整个过程中，我们将分享链接到有用的资源，以学习更多关于运动控制和相关概念，从A3档案和其他。

什么是运动控制?

正如它的名字所暗示的，“运动控制”指的是自动化的子领域，涉及实现自动化系统的所有独立部件的受控运动。要控制内部电机、夹持器尖端、机架和当今复杂自动化的所有其他组件的运动，需要了解关键的物理概念，如力、运动和扭矩，以及将复杂控制算法应用到现实硬件的能力。

如果部署成功，运动控制可以确保系统的每个部分在任何给定的时间都在它应该在的地方，这确保了整体的可靠性和可重复性。

“运动控制”有时仅用于严格意义上的控制电机的运动，但在其最广泛的意义上，这个术语包括自动化系统的所有部分，如抓手和龙门。在这个更广泛的意义上，运动控制包括路径规划、动力学和运动学。

一个典型的运动控制系统由三个部分组成:运动控制器，放大器和一个或多个电机。

运动控制器是操作的大脑，负责确保电机按照终端用户的要求执行，包括电机的轨迹。近年来，运动控制器的尺寸缩小了，而且变得更智能了，这使得制造商能够以创新和越来越有用的方式将运动控制智能融入他们的设计中。

日本安川电气美国的YouTube上的e-Learning系列包括这个有用的运动控制基础概述:

运动学

在物理学中，运动学是一个通过几何学描述点、物体和物体系统相对于彼此的运动的子领域。

在机器人技术中，运动学指的是机器人运动的几何形状，并包含运动学方程，允许计算自动化系统中不同点的位置。至关重要的是，运动学不考虑引起运动的力，它只考虑运动是否可能。

正运动学包括从关节参数的指定值计算末端执行器的位置。逆运动学根据末端执行器的位置计算相关的关节角度。

斯坦福大学的“机器人导论”系列视频包括这个关于运动学概念的有用讲座:

动力学

在物理学中，动力学是指对作用于物体或粒子上的力的研究，这些力是导致物体或粒子运动的原因。在机器人技术中，这涉及到计算和评估系统中存在的力矩和力，包括电流。这里使用牛顿-欧拉和拉格朗日方程来提供一个自动化系统的动力学模型，或确定作用在机器人机械臂刚性连杆上的力和力矩。

进一步阅读A3档案:

及以后:

西北大学机器人和生物系统中心作为《现代机器人:力学、规划和控制》(林奇和帕克，剑桥大学出版社，2017年)的补充，美国制作了一系列视频，所有视频都可以在YouTube上看到，包括:

https://www.youtube.com/watch?v=QFCbTVJqm8I

昆士兰大学教授迈克尔。米尔福德的正逆运动学指南: