逆运动学是什么?
你需要了解多少才能最大限度地利用你的机器人?
机器人逆运动学是一个庞大而复杂的课题。根据你的项目，你可能需要非常详细地了解它，或者只需要基本的知识就可以了。
这是你需要知道的关于机器人逆运动学的基本信息。
什么是逆运动学?
逆运动学是一种数学过程，用于计算将机器人末端执行器放置在特定位置和方向(也称为“姿态”)所需的关节位置。一个可靠的逆运动学解是编程机器人执行任务的必要条件。
重要的是要清楚逆运动学和机器人正运动学之间的区别。
正运动学决定了如果关节被设置到一个特定的位置，末端执行器将在哪里。正运动学方程只有一个解。当关节被设置到一个特定的位置，末端执行器将总是结束在相同的地方。
对于逆运动学，通常有多个不同的解和计算逆解的多种方法。
机器人为什么需要逆运动学
如果我们没有逆运动学，机器人编程将是极其困难的，如果不是不可能的话。
当你想让机器人的末端执行器移动到工作空间的某个特定位置时，你可以在程序中输入你想要的姿势。
但是，你不能告诉机器人去你想去的地方X, Y和Z坐标，期望机器人能理解你的指令，没有逆运动学是不行的。
大多数工业世界杯2022美洲预选赛直播机器人是由几个独立可控的关节组成的。每个关节连接到一个或多个其他关节，有时是复杂的结构。末端执行器附着在整个“运动链”的末端。当你移动任何一个关节时，这将以各种方式影响末端执行器的姿势。
这意味着在末端执行器位置和任何一个特定关节之间没有简单、直接的关系。
例如，如果您希望机器人的末端执行器沿z轴线性移动1mm，则可能需要移动所有关节的不同量。
最后，逆运动学算法计算每个机器人关节的精确位置，以达到您期望的末端执行器姿势。
如何求机器人手臂的运动学逆解
当您研究机器人的逆运动学时，您经常会发现一页又一页的方程、公式和算法描述。这是因为计算逆运动学在机器人研究中是一个成熟的领域。在研究领域之外，很少有人谈论逆运动学(除了三维动画师）.
然而，当我们将机器人用于工业应用时，有两个基本选项可以找到逆运动学解:
- 你可以自己做所有的数学和编程工作来为你的机器人创建一个逆运动学求解器。
- 您可以为您的特定机器人使用现有的逆运动学求解器，它可以“开箱即用”。
你选择哪一个取决于你的独特情况。
如果机器人是你自己制造的——也就是说，通过连接马达和机械链从头开始制造——你很可能不得不选择选项1。
如果您正在使用来自机器人制造商的工业机器世界杯2022美洲预选赛直播人，选项2几乎总是更快更容易。
硬方法:创建一个逆运动学求解器
如果您选择创建自己的逆运动学求解器，请准备好进行一些严肃的编程!
计算逆运动学有两种基本方法:
1.解析逆运动学解
解析逆运动学求解器将能够采取所需的末端执行器姿态和(几乎)立即吐出所需的关节位置。
这是因为，在“引擎盖下”，机器人的运动链已被简化为封闭形式的表达式-对于任何末端执行器姿势，都有所需关节位置的数学定义。
虽然您可以亲自(手工)完成生成封闭形式表达式的工作，但这通常是不必要的。这些天IKFast图书馆让这个任务比以前容易多了。
2.数值/迭代运动学求解器
并不是所有的机器人都有解析逆运动学解。当机器人的运动结构复杂或异常时，唯一的选择就是使用数值逆运动学求解器。
此外，在数值解中，没有一个清晰的封闭表达式。相反，当你输入期望的末端执行器位置时，迭代算法通过将其视为优化解来求解所需的关节位置。
在每次迭代中，算法将一些关节位置输入到机器人的正运动学方程中，以确定末端执行器的位置。在下一次迭代中，它使用这些信息进一步调整关节位置。这将逐渐移动末端执行器向所需的姿势。
由于这种迭代方法，数值逆运动学解比解析解慢。
简单的方法:使用已证明的逆运动学求解器
创建自己的逆运动学解算器是一个很好的智力练习，当你在大学或如果你从头开始构建自己的机器人。
但是，如果您只想在生产环境中使用机器人，则不太可能需要创建自己的逆运动学求解器。
使用已经集成到机器人编程环境中的现有求解器要容易得多，也快得多。
所有的机器人都进来了RoboDK的机器人图书馆自带逆运动学求解器。这使您可以立即开始编程，而不必考虑它。
我们的大多数解算器都是预先生成的分析解，随机器人文件一起打包。然而，图书馆中一些更复杂的机器人确实使用数值求解器。即使使用数值解算器，计算速度的降低也不是RoboDK的问题，因为在将程序发送给机器人本身之前，您将离线编程机器人。
毕竟，只有在必要的时候才创建自己的逆运动学求解器。
如果没有，那么您最好将时间花在为您的任务创建机器人程序并将其更快地投入生产中。
关于机器人的逆运动学你们有什么问题吗?请在下面的评论中告诉我们，或者加入我们的讨论LinkedIn，推特，脸谱网，Instagram，或RoboDK论坛。
