🤖 機器人學概論：定義與結構分類

📌 定義 (Definition)

機器人 (Robot)

一種結合控制系統、具備自主性，且能透過感知與行動的智慧-連結，執行多功能、可重編程之移動或操作任務的自動化機械裝置。

🏗️ 核心運動構造 (Joint Mechanisms)

根據運動方式，基本元件可分為：

R (Revolute joint): 1-DoF 旋轉關節。
P (Prismatic joint): 1-DoF 平移關節。

主要機器人結構分類

結構類型	符號組合	說明
直角座標型 (Cartesian/Gantry)	PPP	三個軸皆為平移，適合大型搬運。
圓柱座標型 (Cylindrical)	RPP	一個旋轉、二個平移。
球面座標型 (Spherical/Polar)	RRP	兩個旋轉、一個平移。
SCARA	RRP	具備兩個平行旋轉關節，在特定平面具備順應性。
關節型 (Articulated)	RRR+	具有三個或更多旋轉關節，自由度最高。

🦾 關節型機器人 (Articulated Robot)

軸數分類

3-axis / 4-axis: 常見於簡單封裝。
6-axis: 最主流類型（如 YAMAHA, KUKA）。
7-axis: 具備冗餘關節 (Redundant joints)。
- 特性： 逆向運動學 (Inverse Kinematics) 有無窮多解，可繞過障礙物。

6 軸功能拆解

S軸 (Base): 基座水平旋轉。
L軸 (Lower Arm): 機身前後移動。
U軸 (Upper Arm): 手臂上下移動。
R軸 (Roll): 手臂旋轉。
B軸 (Bend): 末端上下擺動（Pitch）。
T軸 (Twist): 末端旋轉（Yaw）。

🖐️ 手腕設計 (Wrist Design)

手腕設計的核心目的在於簡化 逆向運動學 (IK) 的計算。

球面手腕 (Spherical Wrist):
- 最後三個關節軸交於一點（手腕中心 Wrist Center）。
- 優勢： 實現位置 (Position) 與 姿勢 (Orientation) 的解耦。手臂負責將中心送達目標，手腕負責調整角度。
非球面手腕 (Non-spherical Wrist): 軸心不交於一點，計算較複雜。

🔄 鏈結與運動學特性

結構對比

開環 (Open-loop / Serial):
- 正向運動學 (FK) 簡單；逆向運動學 (IK) 困難。
閉環 (Closed-loop / Parallel):
- 正向運動學 (FK) 困難；逆向運動學 (IK) 簡單。

特殊結構

並聯機器人 (Parallel): 具備閉環結構，剛性強、速度快（如 Delta Robot）。
SCARA: 提供特定平面的順應性，分為串聯與並聯結構。
穿戴式 (Wearable): 如外骨骼。
足式 (Legged): 多足或雙足移動機器人。

💡 學習小撇步 (Notes)

記憶技巧

想區分 SCARA 與 Spherical？

雖然兩者都是 RRP，但 SCARA 的兩個 R 軸是相互平行的，主要用於平面取放；Spherical 的 R 軸則通常垂直，用於涵蓋球狀空間。