3.6.1　機械臂需求

構建機械臂的需求包括：

·一組獨立運動且具有良好力矩的連桿。

·一套好的執行器，可以提供足夠的有效載荷。

·驅動控制。

如果讀者計劃建立一個真正的機械臂，則基于實際需求，需要考慮類似的嵌入式架構和電子控制、執行器之間的實時通信、電源管理系統以及一個好的終端執行器。如我們所知，還有更多其他需要考慮的因素，而這些不在本書的范圍之內。本書的目的是在ROS中模擬機械臂，使其在現實中也能以同樣的方式工作。接下來我們將介紹機械臂的規格參數。

1.機械臂規格參數

我們要建立一個移動機械臂，而它不需要承載噸級的有效載荷。事實上，在現實中，這樣級別的機器人需要重型機械驅動和機械動力傳輸系統，因此在可移動平臺上安裝可能不那么容易。

讓我們從實際出發，考慮市場上一些常見的工業cobot的主流參數：

·類型：5自由度的機械臂。

·有效載荷：3～5千克。

下面介紹機械臂的運動學模型。

2.機械臂運動學模型

機械臂的運動學模型與機器人底座的運動學模型略有不同。需要將5個不同的執行器移動到5個不同的位置，才能將機械臂按照要求移動到指定的位置。機械臂的數學建模遵循Denavit-Hartenberg（DH）運動學計算方法。解釋DH方法超出了本書的范圍，因此我們直接查看運動學方程。

機械臂運動學方程由一個4×4的齊次變換矩陣定義，該矩陣將所有5個連桿連接到機器人底座坐標系上，如下所示：

其中，

上式由三角函數表示。其中，q_i是法線相對于旋轉軸（通常是x_i）和旋轉軸（通常是z_i）構成平面的角度，q_j和q_k分別是法線相對三個軸構成其他兩個平面的角度；d_i是旋轉軸z_i相對于原點系統（即第i-1）軸的距離；a_i是兩個相鄰軸系間的最小距離。

基于上述齊次變換，第一個3×3塊代表了夾持器或其他執行工具的旋轉，最下一行代表了尺度因子，而執行工具的位姿則由其他元素給定：

下面我們介紹相應的軟件參數。