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機械臂逆向運動學

關於這個模擬實驗

此模擬展示一台可旋轉底座、具有三個彎曲關節的機械臂追逐目標。它使用逆向運動學，由手部應在的位置反推每個關節的角度。學生可改變上臂、前臂和腕部的長度、接近角以及目標路徑的大小，並可顯示臂的伸展極限。讀數會列出關節角度、目標距離與最大伸展範圍的比較、手部誤差和狀態。此模擬以生動有趣的方式介紹機械人學和應用三角學。

學生可以探索什麼

  • 保持「移動目標」開啟，觀察機械臂跟隨時「關節角度」讀數如何改變。
  • 增大「目標路徑大小」，直至「狀態」顯示目標超出範圍。
  • 開啟「伸展極限」，看手部能夠到達的球面範圍。
  • 改變「上臂 L1」和「前臂 L2」，並比較「目標距離 / 最大伸展範圍」讀數。
  • 改變「接近角」，看夾爪方向和關節角度如何改變。

學習目標

  1. 1解釋正向與逆向運動學的分別。
  2. 2描述臂段長度如何決定最大伸展範圍。
  3. 3把關節角度詮釋為手部必須去到何處的答案。
  4. 4把餘弦定律與求雙連桿臂的關節角度聯繫起來。

教師常問的問題

可以免費使用嗎？

可以。它免費，可在任何現代瀏覽器上運行，包括白板和平板電腦，無需登記。

什麼是逆向運動學？

正向運動學由關節角度求出手部位置。逆向運動學則相反：給定目標位置，計算出使手部到達該處的關節角度。

為何機械臂無法到達每個目標？

機械臂最多只能伸展至各段臂長的總和。若目標超過該最大伸展範圍，機械臂會盡量伸展，而「狀態」和「手部誤差」讀數會顯示此情況。

怎樣使用機械臂模擬？

拖動臂長、「目標路徑大小」和「接近角」滑桿，並開啟或關閉「移動目標」和「伸展極限」。機械臂移動時，讀取關節角度和手部誤差。

嵌入這個模擬實驗

免費嵌入你的學習平台、網誌或班級網頁。

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