在美國(guó)，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）教育被視為確保國(guó)家成功未來(lái)的重要一步。基于現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題開(kāi)發(fā)的STEM課程，可以使課程更貼近學(xué)生和教師。對(duì)于更優(yōu)質(zhì)的STEM教育的迫切要求主要基于以下因素的考慮：許多職業(yè)現(xiàn)在需要一支能夠參與STEM思維和技能的勞動(dòng)力，機(jī)器人教育研究對(duì)創(chuàng)造力，創(chuàng)新，批判性思維，解決問(wèn)題，信息和媒體素養(yǎng)的要求變得愈發(fā)重要。而STEM課程能比較好的培養(yǎng)這些素養(yǎng)，并為學(xué)生從事STEM相關(guān)領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。

       機(jī)器人技術(shù)被看作STEM教育的重要組成部分，因?yàn)樗驅(qū)W生介紹了復(fù)雜的數(shù)學(xué)和科學(xué)思維。機(jī)器人學(xué)可以成為學(xué)習(xí)應(yīng)用數(shù)學(xué)概念，科學(xué)探究方法和解決問(wèn)題的途徑。機(jī)器人教育方案以模擬人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)，并允許學(xué)生發(fā)展抽象的心理表征、數(shù)學(xué)思維。此外，當(dāng)學(xué)生遇到具有挑戰(zhàn)性和復(fù)雜的學(xué)習(xí)場(chǎng)景時(shí)，機(jī)器人的使用可以提高學(xué)生的積極性和耐心性。

機(jī)器人設(shè)計(jì)的過(guò)程

01 確定機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈的拓?fù)洌?

02 確定定義機(jī)器人結(jié)構(gòu)的各個(gè)連桿的幾何尺寸、DH參數(shù)，以滿(mǎn)足工作空間要求；

03 確定各連桿和關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，以滿(mǎn)足靜態(tài)、動(dòng)態(tài)負(fù)載的要求；

04 確定整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)（包括驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)）的彈性動(dòng)力學(xué)尺寸，以避免在特定的操作條件下出現(xiàn)激振頻譜；

05 選擇驅(qū)動(dòng)器及其機(jī)械傳動(dòng)裝置，以適應(yīng)各種作業(yè)條件，應(yīng)對(duì)任務(wù)的不確定性。

機(jī)械臂爆炸圖

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)

       機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究機(jī)器人動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，包括對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的建模，空間分析，運(yùn)動(dòng)分析，插補(bǔ)和運(yùn)動(dòng)控制，它僅研究機(jī)器人系統(tǒng)在某一空間中的運(yùn)動(dòng)情況而不考慮其受力情況。常見(jiàn)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)處理方法有“歐拉角法”和“四元數(shù)法”，其本質(zhì)都是在機(jī)器人的身上設(shè)立若干“參考點(diǎn)”和系統(tǒng)坐標(biāo)系，并將某一個(gè)外界的系統(tǒng)設(shè)立為參考坐標(biāo)系，通過(guò)系統(tǒng)坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系之間的矩陣變換從而達(dá)到將參考點(diǎn)移動(dòng)到期望的位置上的方法。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是目前機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)話(huà)題，目前前沿的研究方向是：軟體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)等。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是讓機(jī)器人“動(dòng)”起來(lái)的基礎(chǔ)，也是人們實(shí)現(xiàn)“控制”機(jī)器人的基礎(chǔ)，隨著科技的發(fā)展，我們不能僅僅局限于讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái)的要求，我們要讓機(jī)器人知道如何動(dòng)，怎么更安全，更有效率的動(dòng)，怎么動(dòng)的精準(zhǔn)，精確，這也是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)所要解決的問(wèn)題。而運(yùn)動(dòng)學(xué)中的幾何問(wèn)題和代數(shù)問(wèn)題是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的重中之重。

通過(guò)前面的介紹，

我想大家也應(yīng)該對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)有所了解了

今天給大家推薦華中科技大學(xué)楊文玉教授的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的專(zhuān)欄課程【機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中的幾何與代數(shù)問(wèn)題】。

內(nèi)容涵蓋：相關(guān)背景、運(yùn)動(dòng)學(xué)裝置設(shè)計(jì)、幾何與代數(shù)問(wèn)題

01 操作臂區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)

02 感知-動(dòng)作系統(tǒng)涉及的幾何與代數(shù)框架

精彩呈現(xiàn)

如果你也對(duì)機(jī)器人感興趣，

如果你想了解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)，

深谷小助一起學(xué)習(xí)吧！

楊文玉

華中科技大學(xué)教授，博導(dǎo)

課綱簡(jiǎn)介

·相關(guān)背景

·運(yùn)動(dòng)學(xué)裝置設(shè)計(jì)

·幾何與代數(shù)問(wèn)題

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