正运动学(Forward Kinematics) 是根据机器人各关节的角度/位移,通过运动学链逐级计算出末端执行器在空间中的位置和姿态的方法。

与之相对的是 IK(Inverse Kinematics,逆运动学),即已知目标位姿反推关节角度。

核心思路

给定一个 自由度的机械臂,每个关节有一个关节变量 (旋转角或平移量)。FK 通过齐次变换矩阵的连乘,将关节空间映射到笛卡尔空间:

常用的建模方法是 DH 参数法(Denavit-Hartenberg),用 4 个参数描述相邻关节之间的空间关系。

应用场景

  • 机械臂控制:已知关节编码器读数,计算末端工具的实际位姿
  • 外骨骼/动捕:通过关节角度传感器经 FK 得到肢体末端位置(如本方案中外骨骼定位方案)
  • 仿真与可视化:根据关节状态渲染机器人姿态