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內(nèi)容編輯從太空機(jī)器人到醫(yī)療領(lǐng)域可見的手術(shù)機(jī)器人，機(jī)械臂都不可或缺，占據(jù)著重要地位。那么，不同機(jī)械臂是如何實(shí)現(xiàn)控制抓取呢？它與自由度有什么關(guān)系嗎？
據(jù)悉，太空機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)類似人手臂的功能。融合了機(jī)械、電子、控制及信息等多學(xué)科技術(shù)，是一個(gè)機(jī)、電、熱、控一體化的高度集中的空間機(jī)電系統(tǒng)。通過搭載火箭，它能執(zhí)行空間碎片清理、在軌加注與維修等空間任務(wù)。圖中為國(guó)產(chǎn)太空機(jī)械臂模型，我國(guó)已研制出空間機(jī)械臂，由一個(gè)臂展和6個(gè)關(guān)節(jié)組成，非常靈活，可以全方位進(jìn)行目標(biāo)捕獲和操作。
事實(shí)上，機(jī)械臂已有70多年歷史，誕生于20世紀(jì)40年代，目前主要應(yīng)用在航天、噴漆、弧焊、醫(yī)療等。從“遨龍一號(hào)”到醫(yī)療領(lǐng)域可見的手術(shù)機(jī)器人，機(jī)械臂都不可或缺，占據(jù)著重要地位。
那么，不同機(jī)械臂是如何實(shí)現(xiàn)控制抓取呢？它與自由度有什么關(guān)系嗎？
針對(duì)機(jī)械臂系統(tǒng)而言，一般機(jī)械臂系統(tǒng)主要由機(jī)械本體系統(tǒng)和控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，對(duì)于機(jī)械臂控制系統(tǒng)而言，一般需要多臺(tái)電機(jī)聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)控制。
下面針對(duì)不同類型的機(jī)械臂，了解一下它們的自由度結(jié)構(gòu)。
太空機(jī)械臂
以太空機(jī)械臂為例，一般它分為艙內(nèi)機(jī)械臂和艙外機(jī)械臂兩大類。一般艙內(nèi)機(jī)械臂尺寸不大。對(duì)于艙外機(jī)械臂而言，一般從幾米到幾十米。針對(duì)不同的任務(wù)需求，自由度從5個(gè)到10個(gè)不等。通過利用機(jī)械臂的定位功能，通過不同形勢(shì)手爪的使用，可以完成對(duì)于航天器艙內(nèi)和艙外不同目標(biāo)的拾取、搬運(yùn)、定位和釋放。
工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂
在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，設(shè)計(jì)中一般采取6個(gè)自由度。前三個(gè)自由度用來確定位置，后三個(gè)來確定姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的控制。
手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂
在醫(yī)療領(lǐng)域，不同于普通機(jī)器人機(jī)械臂，手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂往往需要很高的精度。手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械臂必須實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)順滑，能夠快速響應(yīng)指令。一般手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)需要根據(jù)手術(shù)環(huán)境來調(diào)整，這樣才能滿足手術(shù)的不同要求。
達(dá)芬奇外科手術(shù)機(jī)器人的系統(tǒng)中的每一個(gè)機(jī)械臂具有7個(gè)自由度。其中，每個(gè)微器械具有獨(dú)立的4個(gè)自由度，機(jī)械臂提供3個(gè)自由度，這樣器械末端具有7個(gè)自由度。整體來說，其具有很高的靈活性。
一般來說，隨著機(jī)械臂的自由度增加，運(yùn)動(dòng)靈活性會(huì)增加。但是，自由度卻并非越高越好。一般的專用機(jī)械手只有2～4個(gè)自由度，而通用機(jī)械手則多數(shù)為3～6個(gè)自由度（不包手指的抓取動(dòng)作）。