機(jī)器人的自由度,直接影響到機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性

自由度是機(jī)器人的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它是由機(jī)器人的結(jié)構(gòu)決定的，并直接影響到機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性。

1. 剛體的自由度

物體上任何一點(diǎn)都與坐標(biāo)軸的正交集合有 關(guān)。物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行d立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為 自由度(Degree of Freedom,DOF)。物體所能 進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)包括(見(jiàn)圖1-3):

沿著坐標(biāo)軸ox 、oy 和oz 的三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)T₁ 、T₂ 和 T₃;

繞著坐標(biāo)軸ox 、0y 和oz 的三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)R₁ 、R2 和R₃。

這意味著物體能夠運(yùn)用三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn)，相對(duì)于坐標(biāo)系進(jìn)行定向和運(yùn)動(dòng)。

一個(gè)簡(jiǎn)單物體有六個(gè)自由度。當(dāng)兩個(gè)物體間確立起某種關(guān)系時(shí)，每一物體就對(duì)另一物 體失去一些自由度。這種關(guān)系也可以用兩物體間由于建立連接關(guān)系而不能進(jìn)行的移動(dòng)或轉(zhuǎn) 動(dòng)來(lái)表示。

2. 機(jī)器人的自由度

人們期望機(jī)器人能夠以準(zhǔn)確的方位把它的末端執(zhí)行裝置或與它連接的工具移動(dòng)到給定 點(diǎn)。如果機(jī)器人的用途是未知的，那么它應(yīng)當(dāng)具有六個(gè)自由度。不過(guò)，如果工具本身具有 某種特別結(jié)構(gòu)，那么就可能不需要六個(gè)自由度。例如，要把一個(gè)球放到空間某個(gè)給定位 置，有三個(gè)自由度就足夠了。

一般情況下，機(jī)器人機(jī)械手的手臂具有三個(gè)自由度，其他的自由度數(shù)為末端執(zhí)行裝置所具有。當(dāng)要求某一機(jī)器人鉆孔時(shí)，其鉆頭需要轉(zhuǎn)動(dòng)。不過(guò)，這一轉(zhuǎn)動(dòng)總是由外部的馬達(dá) 帶動(dòng)的，因此，不把它看作機(jī)器人的一個(gè)自由度。這同樣適用于機(jī)器人的機(jī)械手。機(jī)械手 的夾手應(yīng)能開(kāi)閉。不過(guò)，也不能把夾手的這個(gè)開(kāi)閉所用的自由度當(dāng)作機(jī)器人的自由度之 一，因?yàn)檫@個(gè)自由度只對(duì)夾手的操作起作用。這一點(diǎn)是很重要的，需要記住。