本系列文章主要针对工业/协作机械臂，从应用、整体架构、核心算法、核心零部件、到核心零部件的技术实现有一个整体的介绍，是自己所学知识的一个归纳，也希望帮助感兴趣的同学，能快速对机械臂有一个整体的认识。

本文是本系列第一篇，主要介绍机器人技术的学习和开发资源，以及核心零部件，将按照以下顺序陈述：

• 机器人学
• 核心零部件
• 举个例子

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机器人学

以下书的资源在CSDN的下载区均可以找到。

机器人学的基本理论学习和详细的推导，建议参考John J.Craig的机器人学导论。

Orocos 的KDL机器人运动学动力学库非常强大，C++写成，全开源，可以用于实际项目。但是其逆解采用的是数值解，速度较慢，建议将逆解部分替换成自己的函数，比如通过OpenRave中的IKfast生成逆解函数，或者自己写逆解函数（推荐）。

KDL wiki | The Orocos Project​www.orocos.org

MATLAB的Robotics system toolbox 功能丰富，使用简单，大部分m语言的代码可通过MATLAB Coder自动生成C/C++的文件，适合学习和研究。

Robotics System Toolbox​www.mathworks.com

轨迹生成的理论学习，建议参考Trajectory Planning for Automatic Machines and Robots。

在线轨迹生成（OTG）的理论学习，建议参考On-Line Trajectory Generation in Robotic Systems，此书的作者就是下面提到的Reflexxes Motion Library的作者。

Reflexxes Motion Library，C++写成，实现了在线轨迹生成，支持多轴时间同步和多轴相位同步，但开源的版本仅支持二阶连续（即加速度不连续），四阶连续（Jerk连续）的版本需要联系官方授权。

Reflexxes - Online Trajectory Generation - Robotics​www.reflexxes.ws

运动规划的理论学习，资料非常丰富，并且处于发展完善之中，这里就不列举了

OMPL 的运动规划功能强大，全开源。

The Open Motion Planning Library​ompl.kavrakilab.org

力控制因为涉及的内容比较综合，我另外再写一篇文章。

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核心零部件

机器人的核心零部件包括：减速器，电机，编码器，驱动器，控制器。

减速器主要用的有三类：谐波减速器，RV减速器，行星减速器。

其中，RV的刚度高，精度高，一般用于工业机器人的底部关节，谐波减速器的精度高，刚度较低，广泛用于协作机械臂；行星减速器的价格便宜，但精度低，用于廉价机械臂。

国产的绿的谐波比较出名。深圳的同川精密也做谐波减速器。

有一点需要注意的，即减速器本身的间隙，是无法通过控制算法去弥补的，所以减速器的间隙，决定了机械臂精度的上限。

电机主要用的有两类：永磁同步电机，交流异步电机。

随着对力控和精度的更高要求，步进电机在多轴机械臂上逐渐淘汰，目前主流的协作机械臂，均采用永磁同步电机，比如UR机器人，采用的是科尔摩根的无框电机。

永磁同步电机使用FOC（磁场定向控制）技术来控制电机

编码器主要用的有两类：光编码器，磁编码器

编码器的作用有二，一是为FOC控制提供相位信息，二是提供位置信息。编码器芯片厂家有IC-Haus、AMS等。编码器厂家有尼康、RLS等

iC-Haus China - 主页​www.ichauschina.com 位置传感器 | ams​ams.com

驱动器：汇川，固高，倍福

控制器：KEBA

总线：总线严格来说不属于一个单独的部件，驱动器和控制器都是支持某种总线的。由于总线种类比较多，所以单独拿出来说一下。

目前协作机器人常用RS-485，CAN，EtherCAT；

其中RS-485上限通信频率为10M，CAN的上限通信频率为1M，EtherCAT上限通信频率为100M，常用modebus或者CANopen CIA-402作为通信协议。

我会另写两篇文章，介绍如何设计一个驱动器，和控制器

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举个例子

主流方案：控制器-（EtherCAT）-伺服驱动器+伺服电机（含编码器），各个部分都可以单独购买，很容易能做出一条机械臂系统。

非主流方案：FPGA驱控一体+伺服电机（含编码器），优点是结构紧凑，成本低，但是研发成本高，且普适性不强。

UR：将驱动器、编码器、电机、减速器做在了一起，作为一个关节，关节与控制器通过RS485总线通信，其123关节是一样的，456关节是一样的，这样极大的节省了成本。