机器人操作导论

为什么研究机器人操作？

机器人操作是机器人学中最具挑战性的问题之一：

• 开放世界的复杂性: 真实环境是非结构化且不可预测的
• 接触密集型任务: 与物体的交互需要力和位置控制
• 感知-行动闭环: 感知与行动的紧密耦合

课程目标

1. 建立对操作问题的直觉
2. 学习系统的分析与设计方法
3. 在仿真中实现可工作的系统
4. 桥接理论与实践

核心概念

操作流水线

感知 → 规划 → 控制 → 执行
   ↑                    ↓
   ←←←←←←←← 反馈 ←←←←←←←←←

构型空间

• 机器人构型: 关节角度/位置
• 任务空间: 末端执行器姿态（位置 + 姿态）
• 工作空间: 所有可达任务空间位置的集合

抓取类型

• 包络抓取: 手指包围物体
• 精确抓取: 仅指尖接触
• 强力抓取: 与手掌的力封闭

什么让操作变得困难？

1. 不确定性: 传感器噪声、模型误差
2. 接触: 摩擦、柔顺性、不稳定性
3. 组合爆炸: 大量可能的构型
4. 实时约束: 必须快速反应

Drake框架

Drake是一个开源的C++/Python工具箱，用于： - 机械系统建模 - 轨迹优化 - 控制系统设计 - 实时仿真

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