如果你对科学感兴趣，“奇点”大概会让你想起黑洞。自从美国LIGO实验室证明引力波存在以来，黑洞就被媒体广泛报道，为公众所知。根据物理学家的推断，黑洞中心存在一个“引力奇点”，这意味着那里的引力非常大，甚至趋于无穷大。机器人奇点的概念和黑洞一模一样。

       机器人的奇点是什么？它们怎么会像黑洞一样？

       想象一下你想用你的机器人来喷画一条线。如果你想画出这条线，机器人需要匀速运动。如果机器人变速，线可能会忽粗忽细，看起来不太好。如果机器人太慢，我们可能会在线路上看到丑陋的斑点。

       显然，机器人在画线时匀速运动是非常重要的。机器人非常精准。正常情况下，机器人可以在没有任何压力的情况下处理这个问题。然而，如果这条线上有运动奇点，这项工作就不会完成。

       为什么会有奇点？怎么解决？有两种方法可以解决这个问题，但首先让我们知道发生了什么。

       奇点趋于无穷大

       我前面说过，黑洞中心的引力“趋于无穷大”。这意味着你离中心越近，引力就越大。在黑洞中心，引力理论上是无限的。这可能不是真的(没人知道)，但这是一个数学特征。数学很容易处理无限的概念，但现实世界不行。

       大量的数学方程趋于无穷大。正如物理学家解释的那样，理论上，每次你拔掉浴缸的插头，你就创造了一个奇点。基本原理是离孔中心越近，水流越快。根据这个理论，在孔的中心，水流速度趋向于无限快。现实中并不是这样。据我们所知，一个物理系统的速度不可能达到无限的速度。

       机器人之所以有奇点，是因为机器人受数学控制(可以达到无穷远)，但移动的是真实的物理部分(无法达到无穷远)。如果控制器命令机器人的一个关节“无限角速度旋转180度”，机器人的关节就会“说”:我做不到！

       机器人的奇点是什么？

       奇异性是由机器人的逆运动学引起的。遇到奇点时，可能有无限种方法可以到达机器人的同一个位置。如果没有选择优解，如果有，机器人关节可能被命令以不可能的方式移动。无限速度不是导致问题的奇点类型，其他类型的奇点可能更麻烦。如果机器人遇到这样的奇点，需要关掉，移动机械臂，然后手动重启。

       三种机器人的奇异性

       六轴工业机器人有三种类型的奇异点，但这些奇异点仍然会造成严重的损伤。

       美国工业机器人和机器人系统国家标准将奇点定义为“由两个或多个机器人轴的共线对齐引起的不可预测的机器人运动和速度。”因此，根据哪个关节共线引起的问题，定义了三种奇点:

       1.手腕奇点——这通常发生在机器人的两个手腕轴(关节4和6)在一条直线上的时候。这可能会导致这些关节试图瞬间旋转180度。

       2.肩关节奇异性——当机器人中心的腕关节与关节1的轴线对齐时，就会出现这种情况。它导致关节1和4试图瞬间旋转180度。

       3.肘关节奇点——当机器人中心的腕关节与关节2和3在同一平面时，就会出现这种情况。肘关节奇点看起来像是机器人“伸得太远”，导致肘关节锁定在某个位置。

       如何避免奇点？

       制造商通常通过编程来避免奇点，以避免机器人损坏。然而，在过去，这仅仅意味着如果一个关节被命令以过快的速度移动，机器人将以错误信息的形式完全停止。

       多年来，许多机器人制造商一直在改进他们的奇点避免技术。在上面的视频中，机器人的每个关节都被编程来限制速度。当腕关节被命令以“无限”速度运动时，软件会降低这个速度。当它到达线的中间时，机器人的速度就会下降。一旦通过奇点，机器人将继续以正确的速度完成剩余的运动。画线的工作还是会被破坏，但机器人能保持正常功能，不会卡死。

       程序员如何避免奇点

       避免奇点是多年来的热门话题。工业界已经提出了许多解决方案，其中一些已经应用于工业机器人。比如ETS控制与机器人实验室引用了一篇很好的学术文章，解释了机器人奇点背后的数学，提供了一个关于工业机器人的案例研究。

       机器人的轴越多，奇异的可能性就越大，因为更多的轴会与其他轴对齐。当然，额外的轴也可以通过替换位置来达到相同的点，以减少奇点的影响。介绍了冗余机械手的控制，并讨论了如何通过编程处理奇异点。

       技术人员如何避免奇点

       多年来，机器人技术人员提出了各种创新的方法来避免奇异点。当机器人以直线连接和/或关节接近0度时，就会出现奇异性。因此，技术人员通过工具增加一个小角度，以减少机器人进入奇点的机会。

       这种技术仍然是避免奇点的好方法。以非常小的角度(5-15度)安装qiang通常可以确保机器人完全避免奇点。不一定，但这是一个廉价的解决方案，易于实施。

       另一个好方法是将任务移动到没有奇点的区域。虽然不总是可行，但是很有效。