，他首先突破了对机器人的传统观念，提出机器人不定必须像人，但必须能做些人的工作。

年，他依据这想法设计制作了世界上第台机器人实验装置，发表了适用于重复作业的通用性工业机器人文，并获得美国专利。

将遥控操纵器的关节型连杆机构和数控机床的伺服系统的伺服轴联结在起，预定的机械手动作经编程输入后，机械手就可以离开人的辅助而运行。

这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。

示教过程中操纵者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器里，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现那些位置序列。

因此，这种机器人的主要技术功能就是可编程以及示教再现。

年，美国的公司，根据的技术专利研制出第台机器人样机，并定型生产意为万能自动机器人。

同时，美国机床和铸造公司设计制造了另种圆柱坐标形式的可编程机器人意为多才多艺用途搬运机器人。

这是世界上最早最著名至今仍在应用中的两种工业机器人。

这两种型号的机器人以示教再现的方式在汽车生产线上成功地代替了工人进行传送焊接喷漆等工作，它们在工作中表现出很好的经济效益可靠性灵活性。

于是和作为商品开始在世界市场上销售，使得世纪至年代成为机器人技术获得巨大发展的阶段。

年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了对机器人的制造和开发热潮。

卡尔坐标系的基础上，先沿基坐标系的轴平移，再绕基坐标系的轴旋转，再沿基坐标系的轴平移得到的。

中国科学技术大学本科毕业论文将柱面坐标下的位置记为。

将平移变换记为，其中分别为沿轴的平移量。

将旋转变换记为其中为旋转轴，可以分别是轴，是旋转角。

于是，柱面坐标下的位置描述与笛卡尔坐标系下的位置和姿态之间的关系，可以图柱坐标系下的位置表示为式。

，其中，符号表示，表示，下同。

若需要相对于不转动的坐标系规定姿态，则需要对式的位置与姿态绕新的轴旋转，即球面坐标下的位置描述，采用点在笛卡尔坐标系下的矢量模长矢量在平面的投影与轴的夹角矢量与轴的夹角表示，如图所示。

中国科学技术大学本科毕业论文球面坐标下的位置描述，可以认为是在笛卡尔坐标系的基础上，先沿基坐标系的轴平移，再绕基坐标系的轴旋转，再绕基坐标的轴旋转得到的。

将球面坐标下的位置记为，则球面坐标下的位置描述与笛卡尔坐标系下的位置与姿态之间的关系，可以表示为式。

图球面坐标系下的位置若需要相对于不转动的坐标系规定姿态，则需要对式的位置与姿态绕新的轴旋转，再绕新的轴旋转，即二姿态描述对于刚体，常用的姿态描述包括笛卡尔坐标系下利用选装矩阵的姿态描述，利用欧拉角的姿态描述，利用横滚俯仰偏转角的姿态描述。

中国科学技术大学本科毕业论文在笛卡尔坐标系下，可以利用固定于物体的坐标系描述方位。

方位又称为姿态。

在刚体上设置直角坐标系，利用与的坐标轴平行的三个单位矢和表示刚体在基坐标系中的姿态，如图所示。

坐标系又称为框架或框。

假设单位矢量和表示为式。

将式写成矩阵形式，得到表示姿态的旋转矩阵，见式。

图刚体的姿态其中，表示刚体相对于坐标系的姿态的旋转矩阵。

旋转变换矩阵，通常又记为形式。

其中，即为单位矢量。

在旋转矩阵中虽然有个元素，但只有个变量。

旋转矩阵式单位正交矩阵，其中的个矢量式单位正交矢量，满足正交条件和单位模长约束，见式。

此外，该旋转变换矩阵的逆反变换等于其转置，见式。

中国科学技术大学本科毕业论文，利用欧拉角描述刚体的姿态，可以认为式在笛卡尔坐标系的基础上，先绕轴旋转角度，再绕新的轴旋转角度，再绕新的轴旋转角度。

旋转角度和称为欧拉角，用以表示所有的姿态。

欧拉变换在基坐标系中表示为，利用横滚俯仰和偏转角表示刚体的姿态，可以认为是在笛卡尔坐标系的基础上，先绕轴旋转，再绕新的轴旋转角度，再绕新的轴旋转角度。

旋转角度和称为角，以此表示所有的姿态。

变换在基坐标系中的表示为，中国科学技术大学本科毕业论文三位姿描述刚体的位置和姿态简称为位姿。

相对于参考坐标系，坐标系的原点位置和坐标轴的方位可以由位置矢量和旋转矩阵描述。

刚体在参考坐标系中的位姿利用坐标系描述，见式。

其中，为表示刚体相对于坐标系的姿态的旋转矩阵，为坐标系的原点在坐标系中的位置矢量。

当表示位置时，。

当表示方位时，。

为便于计算，通常将式写成其次矩阵形式，见式。

除上述式和式的位姿表示方式外，位姿矢量也是较为常用的位姿表示方式。

利用笛卡尔坐标位置与欧拉角表示位姿矢量，利用笛卡尔坐标位置与角表示的位姿矢量等。

其中，为了便于区分，这里用和表示欧拉角，和表示角。

第三节坐标变换坐标变换平移坐标变换如图所示，坐标系与坐标系的各个坐标轴平行，但坐标系的原点不同。

点在坐标系与坐标系的位置矢量之间的变换，称为平移坐标变换。

点在坐标系中的位置矢量，可由点在坐标系中的位置矢量与坐标系的原点在坐标系中的位置矢量相加获得。

中国科学技术大学本科毕业论文图平移坐标变换旋转坐标变换如图所示，坐标系与坐标系的原点相同，但两个坐标系的各个坐标轴方向不同。

点在坐标系与坐标系的位置矢量之间的变换，称为旋转坐标变换。

点在坐标系中的位置矢量，可由点在坐标系中的位置矢量与坐标系的原点在坐标系中的姿态矩阵相乘获得。

点在坐标系中的位置矢量，可由点在坐标系中的位置矢量与坐标系的原点在坐标系中的姿态矩阵相乘获得。

图旋转坐标变换分别绕轴的旋转变换为基本旋转变化。

任何旋转变化可以由有限个基本旋转变换合成得到。

基本旋转变换的姿态矩阵，见式。

，，中国科学技术大学本科毕业论文目录中文内容摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第章绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第节机器人技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„机器人的基本概念与发展历程„„„„„„„„„„„„„„二机器人的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„三机器人的新发展发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„第二节仿人机器人简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„仿人机器人的概念及研究内容„„„„„„„„„„„„„„二仿人机器人国内外研究动态„„„„„„„„„„„„„„„第三节选题意义与设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„选题意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第二章机器人运动学概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第节引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第二节位置和姿态的表示„„„„„„„„„„„„„„„„„„位置描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二姿态描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„三位姿描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第三节坐标变换„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„坐标变换„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二齐次坐标变换„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第四节连杆变换矩阵„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„关节与连杆„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二连杆坐标系„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„三连杆变换矩阵„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„中国科学技术大学本科毕业论文第三章多关节仿人机器人的设计与控制„„„„„„„„„„„„„第节引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第二节仿人机器人的设计与实现„„„„„„„„„„„„„„„仿人机器人的设计思路„„„„„„„„„„„„„„„„„二仿人机器人的理论模型„„„„„„„„„„„„„„„„„三仿人机器人的机构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„第三节仿人机器人电路系统的设计„„„„„„„„„„„„„„整体电路分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二电路具体实现„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第四节仿人机器人控制程序设计„„„„„„„„„„„„„„„单片机的编程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„二多路舵机并行控制„„„„„„„„„„„„„„„„„三仿人机器人程序架构„„„„„„„„„„„„„„„„„„第五节本章小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第四章总结与展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第节仿人机器人总结与展望„„„„„„„„„„„„„„„„第二节仿生机器人发展方向„„„„„„„„„„„„„„„„„仿生机器人结构的微型化„„„„„„„„„„„„„„„„二仿生机器人的相似性和多变性„„„„„„„„„„„„„„三仿人机器人的多功能性„„„„„„„„„„„„„„„„„四仿生机器人群„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„参考文献„„„„„„„„„