目录
1. 什么是机器人？
2. 为什么从机械手臂开始？
3. 机器人运动的两大面向
4. 课程内容框架
a. 刚体空间描述
b. 正/逆运动学
c. 轨迹规划
5. 课程适合人群
- 台大公开课链接：機器人學一 (Robotics (1)) - 物體在空間運動之描述 (一) - 第 1 周 | Coursera
- 视频链接：台大机器人学之运动学——林沛群(2019)_哔哩哔哩
- 在被台大-李宏毅老师圈粉后（超有趣的深度学习讲解），便顺藤摸瓜找到了台大-林沛群老师的机器人学在线课程
- 以下是视频课程的详细笔记（后续会持续更新）
作为机器人学系列课程的第一部分，我们将从最基础的机械手臂开始探索这个领域。
1. 什么是机器人？
机器人从问世至今已经发展了几十年，如今我们对机器人的定义已经非常广泛。简单来说，机器人就是一个人造的非生物系统，它可以有实体部分，也可以包含虚拟部分。
早期发展机器人的初衷是为了解决"3D"问题：
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Dirty（肮脏的）
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Dangerous（危险的）
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Dull（枯燥的）
这些人类不愿意从事的工作，我们希望用机器人来替代。而近一二十年，机器人技术蓬勃发展，出现了更多面向的应用，比如：
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服务型机器人（老人照护、陪伴）
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导览机器人（图书馆、博物馆）
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教育娱乐机器人
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近年热门的无人驾驶汽车（本质上也是机器人）
可以看到，机器人的范畴不断扩大，涉及的技术也越来越多元，涵盖了机械(ME)、电机(EE)、智能工程等多个领域。
面向通用服务的机器人，会大有需求，有两个逻辑：
- 老龄化 / 少子化（可参考日本，老人需要照顾）
- 产业升级 -> 用工成本提高（保姆昂贵，可参考美日）
机器人可大幅度降低人工成本！未来5-10年，高度智能化的机器人可能不到10w元：
2. 为什么从机械手臂开始？
机器人学的核心基础是从机械手臂开始的。这是机器人领域发展最早也最成熟的部分。机械手臂的广泛应用始于工厂自动化，特别是在汽车制造业中：
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替代危险的喷漆作业
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搬运重型零部件
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完成高重复性的组装工作
这些应用场景使得机械手臂的相关知识体系发展得最为完整，因此成为学习机器人学的理想起点
- 灵巧手技术直到今天还是机器人学的最前沿，是还未被人类征服、通往AGI的高峰
- （生物进化）自然选择，让人类因直立行走解放出双手，能制造和使用更精密的工具，促使人类成为比猿猴更高级的物种
- 用手与世界交互，是自然选择出来的极为高效的方式，让人类能从事精密工作，分工也更细致高效
3. 机器人运动的两大面向
机器人与电脑最大的区别在于它能产生实际的运动。我们可以将机器人的运动分为两大类：
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操作（类似人类双手的功能）
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拿起物品
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按压按钮
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各种精细动作
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移动（类似人类双脚的功能）
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行走
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导航
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环境探索
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本课程将重点放在"操作"这一部分，也就是机械手臂的相关知识。
4. 课程内容框架
我们将通过一个日常情境来学习：将一个马克杯从桌面拿起并挂到杯架上。这个过程涉及三个主要知识模块：
a. 刚体空间描述
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如何描述物体在空间中的位置和姿态
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需要6个参数：3个平移(x,y,z) + 3个旋转
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这是操作物体的基础
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b. 正/逆运动学
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顺(正)运动学：已知各关节状态 (转角) → 求末端执行器的位置姿态 (末端坐标)
（类似已知肌肉如何收缩 → 手末端会到达什么位置） -
逆运动学：已知末端执行器目标位置 (末端坐标) → 求各关节需要如何运动 (转角)
（类似已知手末端要到达某位置 → 需要计算肌肉如何收缩）
以这张图为例：
- 正运动学：用几个关节的转角θ，求p的坐标
- 逆运动学：用p的坐标，求几个关节的转角θ
实际应用中，我们通常先确定末端执行器的目标位置（如抓取杯子），再通过逆运动学计算各关节的运动方式。
c. 轨迹规划
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如何让运动更加平滑
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避免突然的加速度变化
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规划直线轨迹或特定路径
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掌握了这三部分知识，我们就能让机械手臂完成"拿起杯子→挂到杯架"这一系列动作。
5. 课程适合人群
这门课程有一定的复杂度，主要面向：
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理工科背景的同学
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具备基础力学和线性代数知识的学习者
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对机器人学感兴趣，且想入门的同学
课程采用线上视频教学，配合：
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每周作业练习
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视频中的随堂测验（台大公开课链接）
希望通过这门基础课程，能帮助大家对机器人学建立系统的认识，特别是机械手臂的工作原理和应用。如果你对这个领域感兴趣，欢迎一起加入学习！
