1.四元數(quaternion)可以看作中學時學的復數的擴充，它有三個虛部。形式如下：q = w + xi + yj +zk; 四元數旋轉可以避免萬向節鎖現象，只需要一個4維的四元數就可以執行繞任意過原點的向量的旋轉，方便快捷，在某些實現下比旋轉矩陣效率更高，可以提供平滑插值。

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通常說來，萬向節鎖發生在使用Eular Angles（歐拉角）的旋轉操作中，原因是Eular Angles按照一定的順序依次獨立地繞軸旋轉。讓我們想象一個具體的旋轉場景，首先物體先繞轉X軸旋轉，然后再繞Y軸，最后繞Z軸選擇，從而完成一個旋轉操作（飄飄白云譯注：實際是想繞某一個軸旋轉，然而Eular Angle將這個旋轉分成三個獨立的步驟進行），當你繞Y軸旋轉90度之后萬向節鎖的問題就出現了，因為X軸已經被求值了，它不再隨同其他兩個軸旋轉，這樣X軸與Z軸就指向同一個方向（它們相當于同一個軸了）。

2.為了描述一個剛體在空間的位姿，需在物體上固連一個坐標系，然后確定該坐標系位姿（原點位置和三個坐標軸姿態）。對于工業機器人，需要在末端法盤安裝工具（Tool）來進行作業。為了確定該工具（Tool）的位姿，在Tool上綁定一個工具坐標系TCS （Tool Coordinate System），TCS的原點就是TCP（Tool Center Point，工具中心點）。TCP類型的有：常規TCP，固定TCP，動態TCP。

01、常規TCP：隨機器人本體一起運動

02、固定TCP：將TCP定義為機器人本體以外靜止的某個位置。

03、動態TCP：隨著更復雜的應用，TCP可以延伸到機器人本體軸外部（外部軸），應用在TCP需要相對法蘭盤做動態變化的場合。

3.通常機械臂控制系統都有若干層級的速度控制機制。例如ABB，除包括指令級的速度設定和全局編程速度級限制，還包括系統限制層級。

4.轉彎半徑除了設定機械臂在距離目標點什么位置時開始提前滑入下一目標方向，也設定何時開始變更其工具姿態。

5.歐拉角是用來唯一地確定定點轉動剛體位置的三個一組獨立角參量，由章動角θ、進動角ψ和自轉角φ組成。

隨物體轉動而轉動的參考系叫做”動系”,要右乘。固定坐標系叫做“靜系”，要左乘。歐拉表示法就是把三個角的矩陣相乘，得到一個最終旋轉矩陣。

6.用矩陣表示繞原點二維旋轉：首先要明確旋轉在二維中是繞著某一個點進行旋轉，三維中是繞著某一個軸進行旋轉。二維旋轉中最簡單的場景是繞著坐標原點進行的旋轉，如下圖所示：

7.如圖所示點v繞原點旋轉θ角，得到點v’，假設v點的坐標是(x, y) ，那么可以推導得到v’點的坐標（x’, y’)(設原點到v的距離是r，原點到v點的向量與x軸的夾角是?)

x=rcos?????????? y=rsin?

x′=rcos(θ+?)????? y′=rsin(θ+?)

通過三角函數展開得到

x′=rcosθcos??rsinθsin??????? y′=rsinθcos?+rcosθsin???

帶入x和y表達式得到

x′=xcosθ?ysinθx′=xcosθ?ysinθ

y′=xsinθ+ycosθy′=xsinθ+ycosθ

寫成矩陣的形式是：

8.矩陣表示點繞X軸的旋轉

在三維場景中，當一個點P(x,y,z)繞x軸旋轉θ角得到點P’(x’,y’,z’)。由于是繞x軸進行的旋轉，因此x坐標保持不變，y和z組成的yoz（o是坐標原點）平面上進行的是一個二維的旋轉，可以參考上圖（y軸類似于二維旋轉中的x軸，z軸類似于二維旋轉中的y軸），于是有：

x′=x

y′=ycosθ?zsinθ

z′=ysinθ+zcosθ

9.DH參數：用四個參數來表達一對關節連桿之間，位置角度關系的數學模型和坐標確定系統。該方法通過限制原點位置和X軸的方向。人為減去了y軸的位移和旋轉兩個自由度，僅考慮x和z軸上得位移與旋轉。

連桿長度：連桿連接前后兩個關節軸線的公共法線的長度。

連接扭轉：連桿前后兩個關節軸線，繞其公共法線所旋轉的角度。

連桿偏移：關節與前后相鄰關節之間的兩條公共法線，沿該關節軸方向的間距。

關節轉角：某關節與前后相鄰關節之間的兩條公共法線，繞該關節軸構成的轉角驅動關節。

10.在進行示教編程、測試及維修工作時，必須將機器人置于手動狀態，并拔下模式切換鑰匙。

11.基本概念介紹總結：運動方式(MoveL&MoveJ)、運行速度(速度限制)、轉彎半徑、位置坐標(四元數、歐拉角，6軸坐標)、機械臂DH參數和日常操作、示教器和安全規范。

機器人類型：

1.ABB是工業機器人和機器人軟件、設備和完整應用解決方案的領先供應商。

2.珞石（ROKAE）致力于新一代協作機器人、醫療機器人、打磨機器人、工業集成系統及高端智能裝備的技術研發與開拓創新。

3.UR10e比較小巧靈活。

4.ToF測距方法屬于雙向測距技術，它主要利用信號在兩個異步收發機(Transceiver)（或被反射面）之間往返的飛行時間來測量節點間的距離。

5.像素：是指在由一個數字序列表示的圖像中的一個最小單位，稱為像素。

6.體素是體積元素（Volume Pixel）的簡稱，是數字數據于三維空間分割上的最小單位。

機器人通信：

匯川H2u系列PLC主模塊包含兩獨立物理串行通信口，分別命名為COM0和COM1。COM0具有編程、監控功能，若需要也可以由用戶定義為其他功能。COM1功能即完全由用戶自由定義。

基恩士kv：超高速內部cpu總線，存儲各個軟元件，可編程。

松下通信協議 MEWTOCOL用于程序處理和交互式操作，數據傳輸采用 ASCII 碼的形式，首先由計算機發送指令，由 PLC 對指令自動進行相應響應。

PLC：可編程邏輯控制器。是種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。

MC協議的目的是開放PLC內部寄存器給外部設備，實現外部設備和PLC的數據交互。簡單說就是允許外部設備通過MC協議來讀/寫PLC里面的寄存器。

Modbus 是一種串行通信協議 ，是Modicon公司（現在的施耐德電氣 Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發表。

西門子S7 protocol指的是以太網S7通信，主要用于將PLC連接到PC工作站（PG/PC-PLC通信）。

波特率表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數，它是對符號傳輸速率的一種度量，它用單位時間內載波調制狀態改變的次數來表示，1波特即指每秒傳輸1個符號。

串口通信校驗方式：1）無校驗 （no parity）；2）奇校驗 （odd parity）：如果字符數據位中"1"的數目是偶數，校驗位為"1"，如果"1"的數目是奇數，校驗位應為"0"；3）偶校驗 （even parity）：如果字符數據位中"1"的數目是偶數，則校驗位應為"0"，如果是奇數則為"1"。4）mark parity：校驗位始終為1；5）space parity：校驗位始終為0。

視覺工具庫：

OpenCV是一個基于BSD許可（開源）發行的跨平臺計算機視覺和機器學習軟件庫，可以運行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系統上。?它輕量級而且高效——由一系列 C 函數和少量 C++ 類構成。同時提供了Python、Ruby、MATLAB等語言的接口，實現了圖像處理和計算機視覺方面的很多通用算法。

SimpleCV代表簡單計算機視覺，它是一個易于使用的Python框架，將開源計算機視覺庫和用于解決問題的算法捆綁在一起。 它的目標是使程序員更容易開發計算機視覺系統，從而簡化和簡化許多最常見的任務。?

OpenVis3D：開源3D計算機視覺庫。目的是提供一個高效的3D計算機視覺庫，用于圖像和視頻處理。它包括深度立體匹配、光流（運動）估計、遮擋檢測和運動平臺估計。

StereoView 是一個立體可視化和標定工具。

Eigen是可以用來進行線性代數、矩陣、向量操作等運算的C++庫，它里面包含了很多算法。

OpenBLAS是一個開源的線性代數庫。

PETSc是科學計算可移植擴展工具包。

Open3D是一個開源庫，支持快速開發和處理3D數據。

3D視覺：

OX上不同點的投影在右平面上形成一條線（I'）。 我們稱之為對應于點x的極線。 這意味著，要找到右側圖像上的點x，只需沿著這個極線搜索。它應該在這一條線上的某個地方（這樣的話，要找到其他圖像中的匹配點，不需要搜索整個圖像，只需沿著極線搜索，因此提供了更好的性能和準確性）。 這被稱為極線約束（Epipolar Constraint）。同樣，所有的點在其他圖像中都會有相應的極線。 平面XOO'被稱為對極平面（Epipolar Plane）。

立體匹配也稱作視差估計（disparity estimation），或者雙目深度估計。 其輸入是一對在同一時刻捕捉到的經過極線校正的左右圖像和。而它的輸出是由參考圖像中每個像素對應的視差值所構成的視差圖 d 。

點結構光法是簡單的三角法。點結構光法的接收方向是不可變的。當實現光柵式平面掃描時，光源和探測是同步移動的。單束激光打在物體表面，由攝像機攝取其反射光點。每次只能處理一點，測量速度慢。

網格結構光DOE通常用于傳感探測，其圖案由一系列平行的橫線和豎線組成，通常是把一個大正方形分成若干個大小相等、均勻排列的小正方形。激光波長和網格數量、角度都可以由用戶指定。

點云配準（Point Cloud Registration）指的是輸入兩幅點云 (source) 和 (target) ，輸出一個變換使得和的重合程度盡可能高。

視覺算法：

視覺伺服，一般指的是，通過光學的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實物體的圖像，通過圖像反饋的信息，來讓機器系統對機器做進一步控制或相應的自適應調整的行為。

圖像配準就是將同一個場景的不同圖像轉換到同樣的坐標系統中的過程。這些圖像可以是不同時間拍攝的（多時間配準），可以是不同傳感器拍攝的（多模配準），可以是不同視角拍攝的。. 這些圖像之間的空間關系可能是剛體的（平移和旋轉）、仿射的（例如錯切），也有可能是單應性的，或者是復雜的大型形變模型。

端到端的學習：就是不經過復雜的中間建模過程，從輸入端到輸出端會得到一個預測的結果，這個預測的結果與標記的真實數據之間會進行計算，得到誤差結果。然后我們采用比如梯度下降的方法使得誤差結果減少，模型最終達到收斂，輸出最終的結果，則就是端到端的學習過程。

隨著深度學習的發展，語義分割技術得到很大的進步，基于卷積神經網絡的語義分割方法與傳統的語義分割方法最大不同是，網絡可以自動學習圖像的特征，進行端到端的分類學習，大大提升語義分割的精確度。

卷積神經網絡（Convolutional Neural Network,CNN）是一種前饋神經網絡，它的人工神經元可以響應一部分覆蓋范圍內的周圍單元，對于大型圖像處理有出色表現。CNN主要用來識別位移、縮放及其他形式扭曲不變性的二維圖形。

基于3D立體靶標進行攝像機參數標定時將一個3D立體靶標放置在攝像機前面，靶標上每一個小方塊的角點均可作為特征點。

交比亦稱非調和比。是分式線性變換的一種不變量。

圖像徑向畸變是圖像像素點以畸變中心為中心點,沿著徑向產生的位置偏差,從而導致圖像中所成的像發生形變。

31.邊緣檢測的目的是在保留原有圖像屬性的情況下，顯著減少圖像的數據規模。Canny 的目標是找到一個最優的邊緣檢測算法，最優邊緣檢測的含義是：

(1)最優檢測：算法能夠盡可能多地標識出圖像中的實際邊緣，漏檢真實邊緣的概率和誤檢非邊緣的概率都盡可能小；

(2)最優定位準則：檢測到的邊緣點的位置距離實際邊緣點的位置最近，或者是由于噪聲影響引起檢測出的邊緣偏離物體的真實邊緣的程度最小；

(3)檢測點與邊緣點一一對應：算子檢測的邊緣點與實際邊緣點應該是一一對應。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的机器人基础知识二的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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