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《现代机器人学》课程系统性地讲解了机器人学中的核心理论与应用技术,内容涵盖从基础运动学到高级控制算法的完整知识体系。课程分为以下模块:

1. 运动学基础与构型空间
课程以运动学概述为起点,深入探讨构型空间(Configuration Space)的概念及其在机器人运动规划中的应用(课时1-5),为后续学习奠定理论基础。

2. 抓取分析与刚体运动
通过平面抓取(课时6-11)与空间抓取(课时12-13)的案例分析,结合刚体运动(课时14)、旋转表示(欧拉角与指数表示,课时15-24)及齐次变换(课时25),详细解析机器人末端执行器的位姿建模与操作原理。

3. 正运动学与螺旋理论
以指数积公式(Product of Exponentials)为核心(课时32-36),结合螺旋运动(Screw Motion,课时29-31),阐述多自由度机器人正运动学的建模方法,强化理论与实际机械臂设计的联系。

4. 速度运动学与静力学
从线速度、角速度到空间速度(课时37-45),系统推导雅可比矩阵及其在速度控制和静力学分析中的应用(课时46-50),并探讨冗余机器人的逆运动学求解策略(课时51-55)。

5. 并联机构与奇点分析
3XRPR平面并联机构为例(课时56-58),分析并联机构的速度运动学、静力学特性及奇点问题(课时59),拓展对复杂机械系统的理解。

6. 机器人控制基础
最后聚焦经典控制方法,详解PID控制在机器人关节控制中的应用(课时60-64),包括独立关节PD控制、系统稳定性分析与参数整定,连接理论到实际控制实现。

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