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第一章 · 引言

本教程依据 Siciliano、Sciavicco、Villani、Oriolo《机器人学:建模、规划与控制》第 1 章「引言」(原书第 1–27 页)整理扩充而成。全章共五节,依次讲机器人学的定义与系统构成、机械手构形、移动机器人轮系、工业与先进机器人应用,以及建模—规划—控制路线图。

原章是一篇叙述性绪论,本教程把它系统化为 10 条编号定义(定义 1.1.1–1.5.2)与 5 条结构原理(原理 1.2.A–1.5.B)。中文版的 OCR 识别错误与译文问题,已与英文原版逐条对勘,一并收入勘误页;第 1 章原书没有习题,这里的 21 题习题全部自编。

五节一览

五节各有分工。先用一张表看清它们各自回答什么问题、该按什么优先级读,再展开细说。

节这一节回答的问题优先级
1.1 机器人学机器人是什么?核心
1.2 机械手固定底座的身体长什么样?核心
1.3 移动机器人移动底座靠什么走?精读
1.4 工业与先进在哪里用、怎么选?浏览
1.5 路线图这门课研究什么?精读

优先级说明:第一遍该读到什么程度

  • 核心 · 必读(1.1、1.2):这是全章的概念骨架,包括定义与四子系统、构形谱系与自由度。后面每一章都挂在这两个框架上;跳过它们,第二章的 DH 建系就会失去物理直觉。
  • 精读 · 二刷(1.3、1.5):1.3 的「速度约束 ≠ 位置约束」是理解非完整系统的第一课;1.5 的十二章映射表就是你自己的学习路线图,值得抄成一页。
  • 浏览 · 建立印象(1.4):七款实例与行业数据第一遍只求「见过」,二刷再按选型五约束逐项对照。这批数据是 2006 年口径,引用前先看勘误页。

第一遍的验收标准:能不看书画出「机器人 = 感知与行为之间的智能联系 → 四子系统 → 两类身体(机械手 / 移动底盘)→ 建模·规划·控制」这条主干,就够进入第二章了。

各节的关键结论与典型陷阱,统一收在全章总结。

一条主线

把五节串起来看,全章其实只讲一条主线:

机器人是「感知与行为之间的智能联系」→ 它长在机械手与移动底盘两副身体上 → 身体从结构化环境走向开放环境 → 而研究这一切的方法是建模、规划与控制三段式。(完整版见全章总结)

第一章特有的读法

先读直觉,再抠细节:每个定义前都配一个蓝色「直觉」框,先用白话讲清它在说什么;分类与参数表(五构形、五布局、七款实例)第一遍只求「见过」,二刷再逐项对照。

其余通用读法(对照原书图号、勘误意识、动手自检)见卷首的使用方法与快速上手。