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机器人学中旋量和D

2020-05-25科学

机器人学很多方法层面的比较我个人觉得意义都不是很大, 方法论永远是用来解决问题的

D-H参数,旋量,指数坐标,李群李代数,manifold流形,这些名词,在刚开始进入这个领域的时候,花了大量的时间去看,感觉不懂都不好意思说自己学机器人。我记得第一本旋量的书,就是黄真老师写的【高等空间机构学】,里面一大堆的定理,新的名词,第一次自学的人看这个肯定是个灾难。顺着这条线,我记得又看了Selig的一本机器人数学基础的书,完全没有看完。两本书老实说,写得都对新人不友好,完全抓不住重点。但是当时年少无知,以为这就是江湖,顺着这条路,又去学了Lie group,包括看了一个北师大老师讲的狭义相对论(https://www. bilibili.com/video/av21 357484/ ),里面对manifold的讲解,很是清晰。但很惭愧,这么多年过去了,几乎没有用上这些屠龙刀。

后来,我看了Spong等人写的教材,发现原来还有这样的一股清流,不写废话,什么道理都是最简单的方式来写,但每一行字的夹缝中又是有无尽的内涵。真心强烈建议机器人初学者第一本或者第二书就应该是这本书。

最后回到机器人的D-H问题上,还是建议初学者看D-H足够,不要增加自己的准入门槛,万一看了旋量你就放弃了呢?这样机器人圈说不定丧失了一位未来的大牛。

如果是做研究,写文章,当然看你是研究什么,就像做机器学习的,也有人做manifold learning,搞机器人的也是有人喜欢研究各种数学表达技巧的。我们在库柏特科技平时也会看下不同的表达方式,会不会带来一些更本质的改变,比如以下的一些用对偶四元数的标定结果:「A Dual Quaternion-Based Approach for Coordinate Calibration of Dual Robots in Collaborative Motion」

从机器人实践的角度,现在的机器人的知识已经不仅仅是机构,运动学,动力学,控制,这些内容了。很多时候需要和触觉,视觉,力控等信息结合起来,上面还有加载着AI算法来做各种智能决策。这些信息的融合,处理,表达以及对应的各种软件工具的开发,肯定是需要寻求一个最小的公约数的,按照社会目前的水准,矩阵论就到头了。多把时间花在上层的算法上,试着去找一个好的场景,提出一个好的问题,解决一个现实世界的需求,短期内肯定比研究一个表示方法有价值。真的在职场,你会旋量,还不如说你会炼丹会英伟达呢。

最后,好多东西要活学活用。我记得不止一次的问,为什么D-H是四个参数而不是六个参数?按照道理表达空间两个刚体的相对位置与姿态最少需要6个参数才对。那为什么T矩阵中又有12个参数?多出来的6个参数是怎么处理掉的?这些应该都是最最基础的问题了,送分题都答不上来,就不要想着旋量了。

最后附上一个小插曲,当年读书的实验室做抓取飞行的物体的时候,需要对机器人的姿态进行学习。我当时想不明白,机器人姿态属so(3)啊,这不是向量空间啊,怎么去设计学习算法啊,难道要搞learning on manifold。论文的作者,一个牛逼的韩国程序员,直接用了旋转矩阵的前两列,来做学习,一样妥妥的解决了问题。这个套路对我启发极大,不要总是试图追求形式上的正确性而忘记要解决的问题。冗余是可以接受的,不是一种错误。

https://www.zhihu.com/video/1246263525262774272

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