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机器人是一种能够感知环境、做出决策并执行任务的自动化系统。机器人具有三个核心要素：感知、决策和执行。感知是指通过各种传感器获取环境信息，决策是指处理这些信息并制定行动方案，执行是指通过执行器完成具体的动作。这三个要素形成了一个完整的工作循环，使机器人能够自主地完成各种任务。
机器人主要由四个系统组成。传感器系统包括视觉、触觉、位置传感器等，负责获取环境和自身状态信息。控制系统由处理器和控制算法组成，负责信息处理和决策制定。执行系统包括电机、关节和末端执行器，完成具体的运动和操作任务。电源系统为整个机器人提供能量支持。这些系统通过信息流、指令流和能量流相互连接，形成完整的机器人系统。
机器人运动学研究机器人的运动规律。正运动学是已知关节角度，求解末端位置和姿态的过程。逆运动学则相反，是已知末端位置和姿态，求解关节角度。关节空间用关节角度描述机器人状态，而笛卡尔空间用位置坐标描述末端执行器状态。通过这个二关节机械臂模型，我们可以看到当关节角度发生变化时，末端执行器的位置也随之改变，这就是运动学变换的基本原理。
机器人控制系统分为开环控制和闭环控制两种。开环控制没有反馈，控制精度有限。闭环控制通过反馈可以实现精确控制。PID控制是最常用的控制方法，其中P控制减小当前误差，I控制消除稳态误差，D控制减小超调和振荡。控制系统包括目标输入、控制器、执行器和传感器反馈，形成完整的控制回路。通过轨迹规划，机器人可以按照预定路径精确运动。
机器人在各个领域都有广泛应用。工业机器人主要用于焊接、装配、搬运和喷涂等工作，能够提高生产效率和产品质量。服务机器人应用于清洁、医疗、教育和娱乐等领域，改善人类的生活质量。特种机器人则在太空探索、深海作业和救援等极端环境中执行任务。随着技术的不断发展，机器人将在更多领域发挥重要作用，成为人类生产生活的重要伙伴。