机械臂是典型的多体系统，研究机器人操作能力，机械臂是典型的研究对象之一。关于机械臂的基本理论知识主要涉及到机器人的路径规划、轨迹规划、运动学以及动力学。机器人的相关概念具体如下所示：

1 机器人路径规划与轨迹规划的区别

机器人的路径是指从机器人实际经过的路径点，某种程度上，可以认为，机器人实际经过的路径点是特定已知的，而实际的轨迹则不唯一。主要是路径规划主要是位置级别的规划，即P规划，至于机器在多个点之间的过渡速度以及起停则是没有点明；而机器人的轨迹规划涉及到位置、速度、加速度，即需要将各个路径点的速度和加速度事先给定，机器人按照特定的速度以及加速度完成事先给定的各个任务。路径规划主要用在障碍回避上，障碍回避一定程度上不涉及速度和加速度，主要是位置的约束使得机械臂无法与外部物体发生碰撞；最简单的轨迹规划主要是匀速直线运动，即机器人的速度是唯一的，由位移与时间做商，但是匀速直线运动中机器人的起始加速度无限大，中间加速度为0，这样会大大加大起步的困难性。而由此，初步的改进方案是进行T型规划。

2 关节空间与笛卡尔空间

机器人建模与控制过程中，经常遇到关节空间和笛卡尔空间的概念。这主要是取决于描述机器人运动状态的广义坐标选择问题。如果描述机器人运动状态的广义坐标选择的是机器人的关节角度，角速度，角加速度则机器人的运动状态方程处于关节空间状态；如果描述机器人运动状态的广义坐标选择的是机器人的笛卡尔空间，则相应的方程以及解析形式处于笛卡尔空间。关节空间和笛卡尔空间只是从不同的角度来看机器人的状态。

3 机器人运动学

机器人的运动学分为正向运动学与逆向运动学，运动学是从运动的角度来沟通机器人关节空间与笛卡尔空间，相当于是关节空间与笛卡尔空间之间的桥梁。

• 机器人正向运动学：根据关节空间角度q 来求解机器人笛卡尔空间位姿X；
• 机器人逆向运动学：根据笛卡尔空间位姿X来求解关节空间角度q;

对于串行机器人系统，正向运动学的计算较为简单，逆向运动学的计算则较为复杂；

4 机器人动力学

机器人的动力学同样分为正向动力学与逆向动力学，动力学是从动力学的角度来沟通机器人驱动力和机器人运动状态之间的关系。从空间分类，机器人动力学分为关节空间动力学与笛卡尔空间动力学。机器人关节空间动力学主要是沟通机器人关节驱动力矩与关节运动状态之间的桥梁，机器人笛卡尔空间动力学主要是沟通机器人笛卡尔空间驱动力/力矩与笛卡尔运动状态之间的桥梁。

5 机器人位置控制

机器人的位置控制主要为机器人关节空间位置控制与笛卡尔空间位置控制，机器人关节空间位置控制主要是将关节空间实现伺服控制，机器人笛卡尔空间位置控制主要是实现笛卡尔位置和姿态伺服控制。位置控制是机器人其他控制算法的基础。

6 机器人力控制

机器人的力控制主要分类两大类：

一种是基于力交互的力控制策略，比如握手，拥抱等；机器人顺应力的变化可以与环境完成很好的力交互；

一种是基于力去完成外部特定任务，比如打磨，抛光等人任务。