3.6.1　机械臂需求

构建机械臂的需求包括：

·一组独立运动且具有良好力矩的连杆。

·一套好的执行器，可以提供足够的有效载荷。

·驱动控制。

如果读者计划建立一个真正的机械臂，则基于实际需求，需要考虑类似的嵌入式架构和电子控制、执行器之间的实时通信、电源管理系统以及一个好的终端执行器。如我们所知，还有更多其他需要考虑的因素，而这些不在本书的范围之内。本书的目的是在ROS中模拟机械臂，使其在现实中也能以同样的方式工作。接下来我们将介绍机械臂的规格参数。

1.机械臂规格参数

我们要建立一个移动机械臂，而它不需要承载吨级的有效载荷。事实上，在现实中，这样级别的机器人需要重型机械驱动和机械动力传输系统，因此在可移动平台上安装可能不那么容易。

让我们从实际出发，考虑市场上一些常见的工业cobot的主流参数：

·类型：5自由度的机械臂。

·有效载荷：3～5千克。

下面介绍机械臂的运动学模型。

2.机械臂运动学模型

机械臂的运动学模型与机器人底座的运动学模型略有不同。需要将5个不同的执行器移动到5个不同的位置，才能将机械臂按照要求移动到指定的位置。机械臂的数学建模遵循Denavit-Hartenberg（DH）运动学计算方法。解释DH方法超出了本书的范围，因此我们直接查看运动学方程。

机械臂运动学方程由一个4×4的齐次变换矩阵定义，该矩阵将所有5个连杆连接到机器人底座坐标系上，如下所示：

其中，

上式由三角函数表示。其中，q_i是法线相对于旋转轴（通常是x_i）和旋转轴（通常是z_i）构成平面的角度，q_j和q_k分别是法线相对三个轴构成其他两个平面的角度；d_i是旋转轴z_i相对于原点系统（即第i-1）轴的距离；a_i是两个相邻轴系间的最小距离。

基于上述齐次变换，第一个3×3块代表了夹持器或其他执行工具的旋转，最下一行代表了尺度因子，而执行工具的位姿则由其他元素给定：

下面我们介绍相应的软件参数。