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長知識：最厲害的機械手臂有幾個自由度？

分類：行業(yè)動態(tài) 2490人瀏覽 2017-03-21

標(biāo)簽：工業(yè)機器人，機械手臂自由度分享到：

工業(yè)機器人

目前，應(yīng)用的最多的工業(yè)機器人，一般都是六軸的，但是最近有人機協(xié)作機械臂，卻推出了7個自由度？哪不一樣了？據(jù)稱，這7個自由度是對人手臂的真實還原。

人體手臂旋轉(zhuǎn)角度

有人問5，6是不是一樣的。5是擰鑰匙時唯一要轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)，動力來自小臂兩根橈骨的扭轉(zhuǎn)；6是把鼠標(biāo)放在桌面用手轉(zhuǎn)時唯一要轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)，動力來自手腕的旋轉(zhuǎn)。

機器臂手旋轉(zhuǎn)角度

然而為什么人手臂是7個自由度，而不是8個也不是6個？

首先，6個自由度的機械手，在空間中無法在保持末端機構(gòu)的三維位置不變的情況下從一個構(gòu)型變換到另一個構(gòu)型。在這張圖上，一個機器人的手臂由基座、兩個關(guān)節(jié)、兩根連接件構(gòu)成（想象把一個圓規(guī)打開，然后把一端用手指捏?。?。

請問我們能夠把機器人在保持上部末端機構(gòu)在平面上位置不變的情況下，從“l(fā)efty”這個狀態(tài)扭到“righty”這個狀態(tài)嗎？

答案是不行的，不管怎么動兩個關(guān)節(jié)，移動過程中末端機構(gòu)的位置肯定是要變的?？垂僖部梢阅脙筛P在桌子上動一動試試。同樣地，一個6自由度的機械手，即使某兩組型對應(yīng)的末端機構(gòu)的三維位置相同，機械手在從一個構(gòu)型移動到另一個構(gòu)型的時候無法保持末端機構(gòu)始終不動。

如果有人在電視里看過工業(yè)機器人焊東西的話，就會發(fā)現(xiàn)它在同一個位置焊接的時候，一會兒整個扭到這邊，一會兒整個扭到那邊，看起來非?？犰诺臉幼印Ｊ聦嵣线@么做只是因為，雖然焊接只是想改變末端機構(gòu)的朝向，而不改變末端機構(gòu)的位置，但是由于定理的限制，它必須要往后退一些，然后各種扭，才能保證在移動末端機構(gòu)的朝向的過程中不會撞到東西，因為移動的時候末端機構(gòu)的三維位置一定會亂動。如果它能夠隨便轉(zhuǎn)一點點就可以達到目的，還費那個力氣酷炫地整體都轉(zhuǎn)起來干啥……而多了一個自由度以后就不一樣了

想想開門時擰鑰匙的動作，這個情況下是人胳膊的末端機構(gòu)（手）的三維位置沒有變（始終在鑰匙孔前），但是末端機構(gòu)（手）的三維旋轉(zhuǎn)變了（轉(zhuǎn)動了鑰匙）。人能夠?qū)崿F(xiàn)這個簡單的動作，就是因為我們的胳膊有7個自由度。這也意味著，末端機構(gòu)有6個自由度（三維位置，三維旋轉(zhuǎn)），而胳膊作為一個機械手，有7個自由度，這兩個自由度好像說的不是一回事，但是數(shù)量上7-6=1，所以這1個自由度我能拿來擰鑰匙。如果上帝把我們的胳膊設(shè)計成6個自由度的話，人擰鑰匙的動作一定會非常浮夸。大家可以在擰鑰匙的時候不要轉(zhuǎn)手腕，感受一下。

那么為什么不再多給我們一些自由度呢？

因為自由度越多，機械手剛性越差。如果我們的胳膊有8個自由度，那么受傷的概率會更加很多。雖然沒有什么生物學(xué)研究證明這一點（世界上沒有8個自由度的生物軀體），但是機器人的研究是可以證明這個問題的。

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