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【知识】三大机器人的机械臂自由度为何各不相同?

2016-08-21 07:44
老猫
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  从太空机器人医疗领域可见的手术机器人,机械臂都不可或缺,占据着重要地位。那么,不同机械臂是如何实现控制抓取呢?它与自由度有什么关系吗?

  据悉,太空机械臂,实现类似人手臂的功能。融合了机械、电子、控制及信息等多学科技术,是一个机、电、热、控一体化的高度集中的空间机电系统。通过搭载火箭,它能执行空间碎片清理、在轨加注与维修等空间任务。图中为国产太空机械臂模型,我国已研制出空间机械臂,由一个臂展和6个关节组成,非常灵活,可以全方位进行目标捕获和操作。

  事实上,机械臂已有70多年历史,诞生于20世纪40年代,目前主要应用在航天、喷漆、弧焊、医疗等。从“遨龙一号”到医疗领域可见的手术机器人,机械臂都不可或缺,占据着重要地位。

  那么,不同机械臂是如何实现控制抓取呢?它与自由度有什么关系吗?

  针对机械臂系统而言,一般机械臂系统主要由机械本体系统和控制驱动系统组成,对于机械臂控制系统而言,一般需要多台电机联动来实现控制。

  下面针对不同类型的机械臂,了解一下它们的自由度结构。

  太空机械臂

  以太空机械臂为例,一般它分为舱内机械臂和舱外机械臂两大类。一般舱内机械臂尺寸不大。对于舱外机械臂而言,一般从几米到几十米。针对不同的任务需求,自由度从5个到10个不等。通过利用机械臂的定位功能,通过不同形势手爪的使用,可以完成对于航天器舱内和舱外不同目标的拾取、搬运、定位和释放。

  工业机器人机械臂

  在工业机器人领域,设计中一般采取6个自由度。前三个自由度用来确定位置,后三个来确定姿态,实现机械臂的控制。

  手术机器人机械臂

  在医疗领域,不同于普通机器人机械臂,手术机器人的机械臂往往需要很高的精度。手术机器人的机械臂运动过程中,机械臂必须实现平稳顺滑,能够快速响应指令。一般手术机器人结构需要根据手术环境来调整,这样才能满足手术的不同要求。

  达芬奇外科手术机器人的系统中的每一个机械臂具有7个自由度。其中,每个微器械具有独立的4个自由度,机械臂提供3个自由度,这样器械末端具有7个自由度。整体来说,其具有很高的灵活性。

  一般来说,随着机械臂的自由度增加,运动灵活性会增加。但是,自由度却并非越高越好。一般的专用机械手只有2~4个自由度,而通用机械手则多数为3~6个自由度(不包手指的抓取动作)。

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