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除非明确说明，否则，机器人机构是指由关节连接的刚体所构成的系统。刚体在空间的位置和姿态统称为位姿。因此，机器人运动学描述的是位姿、速度、加速度，以及构成机构的物体位姿的高阶导数。

在物体连接的众多可能拓扑中，有两种拓扑在机器人中特别重要，分别是串联链式机构和全并联机构。若刚体系统中的每一个中间刚体均与其他两个刚体连接，第一个和Zui后一个刚体只与一个刚体连接则该刚体系统为串联链式机构。若刚体系统中的两个刚体通过多个关节连接，则该刚体系统为全并联机构。实际上，每一个关节本身就是一个串联链。

在空间上，刚体运动学可以看做是物体位姿不同表示方法的对比研究。平移和旋转，两者结合称为刚体的偏移，也采用这些表示进行表达。没有哪一种方法对所有的问题都是Zui优的，每一种方法对解决不同的问题各有优势。在欧几里德空间中，对一个物体定位的Zui少坐标数量为6。许多空间位姿表示法采用上界坐标集，其中的坐标之间存在辅助关系。独立的辅助关系数量为6，它不同于坐标数量。

一个参考坐标系由坐标原点和3个相互正交的基矢量构成，固定于特定的物体上。坐标原点记为   ，基矢量记为  。一个物体的位姿总是相对于其他的物体进行表达，故它可以表示为一个坐标系相对于另一个坐标系的位姿。类似地，一个刚体的偏移可以表示为两个坐标系之间的偏移，其中一个刚体可以看做是运动的，另一个刚体看做是固定的。这表示观测者位于固定坐标系下的固定位置，并不存在任何juedui固定的坐标系。