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為什么好的機械臂有七個自由度而不是六個?
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為什么好的機械臂有七個自由度而不是六個?

  • 分類:行業新聞
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2021-07-22 11:12
  • 訪問量:

【概要描述】機械臂由一個底座、兩個關節和兩個連接器組成(想象一下打開一個指南針,用手指握住一端)。我們能否在保持上端機構在平面上的位置不變的情況下,將機器人從“左”的狀態轉到“右”的狀態?

為什么好的機械臂有七個自由度而不是六個?

【概要描述】機械臂由一個底座、兩個關節和兩個連接器組成(想象一下打開一個指南針,用手指握住一端)。我們能否在保持上端機構在平面上的位置不變的情況下,將機器人從“左”的狀態轉到“右”的狀態?

  • 分類:行業新聞
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2021-07-22 11:12
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      人的手臂(腕關節到肩關節)有多少自由度?我想大多數人都沒有想過,更不用說知道有哪些自由度了。5是轉動鑰匙時轉動的關節,動力來自前臂兩個半徑的扭轉;6是鼠標放在桌面上用手旋轉時旋轉的關節,動力來自手腕的旋轉。至于為什么人類的手臂有七個自由度,而不是八六個,可能是因為非常了解機器人的控制。我們盡量簡單介紹一下機械臂。

  

  首先,介紹一個機械臂有定理:

  

  保持末端機構在空間的三維位置不變的情況下,六自由度機械臂無法從一種構型改變到另一種構型。

  

  這個定理乍一看很難理解,所以我們可以考慮一個更簡單的情況:


  機械臂由一個底座、兩個關節和兩個連接器組成(想象一下打開一個指南針,用手指握住一端)。我們能否在保持上端機構在平面上的位置不變的情況下,將機器人從“左”的狀態轉到“右”的狀態?

  機械臂

  答案是否定的,無論兩個關節如何運動,運動過程中末端機構的位置肯定會發生變化。讀者也可以嘗試用兩支筆在桌子上移動。

  

  類似地,對于6自由度機械臂,即使某些兩組構型對應的末端機構的三維位置相同,機械手在從一種構型移動到另一種構型時也不能保持末端機構不動。

  

  如果有人在電視上看過工業機器人焊接東西,會發現焊接在同一個位置時,會轉向一邊和另一邊,看起來很酷。其實這只是因為,雖然焊接只是想改變末端機構的方位,但并不改變末端機構的位置,由于定理的限制,它后退一點,然后以各種方式扭轉,以保證它在移動末端機構方位的過程中不會撞到什么東西,因為末端機構的三維位置在移動時肯定會移動。如果機械臂能稍微隨意地轉向,機械臂就能實現它的目標,機械臂需要努力才能整體冷靜地轉向...

  

  但多了一個自由度,機械臂就不一樣了。

  

  想想開門時轉動鑰匙的動作。在這種情況下,人類手臂的末端機構(手)的三維位置沒有改變(總是在鑰匙孔的前面),但是末端機構(手)的三維旋轉改變了(轉動鑰匙)。人們能夠實現這個簡單的動作,是因為我們的手臂有七個自由度。

  

  因為自由度越多,機械臂的剛性就越小。如果我們的手臂有8個自由度,受傷的概率會高很多。雖然沒有生物研究證明這一點(世界上沒有8自由度的生物體),但對機器人的研究可以證明這個問題。


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