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會員注冊引言：什么是自由度，自由度在各個學科中有著不同的含義，若是依據機械原理的話，其含義為機構的位置得以確定時必須給出獨立運動參數(shù)的數(shù)目，這也被稱之為機構自由度。本文主要介紹機械臂自由度的含義，以及機械臂自由度的計算方式。
機械臂類似于人的手臂，是一種多自由度機器人，由多個驅動關節(jié)通過機械臂本身的機械結構逐個連接而成，其末端可以實現(xiàn)空間的多自由度運動。在末端安裝機械手、吸盤、焊槍、噴嘴等執(zhí)行器，就可以代替人們進行部分高強度、高危的重復工作。
機械臂的自由度通常有六個自由度，一般專用的機械臂只有兩個到四個自由度，而通用機械臂則大多數(shù)為三個到六個自由度。機械臂自由度越高，其機構所執(zhí)行的動作也就越復雜。下面先為大家簡單介紹一下機械臂自由度的含義。
機械臂自由度
機械臂自由度的含義
機械臂上能夠獨立運動的關節(jié)數(shù)目，被稱之為機械臂的運動自由度。工業(yè)機器人采取的控制方法就是把機械臂上的每一個關節(jié)都當成一個單獨的伺服機構，并且每個軸都對應著一個伺服器，每一個伺服器都是通過總線來進行控制，由控制器進行統(tǒng)一控制并協(xié)調工作。
在設計工業(yè)機器人時一般會采用六個自由度，分別為沿x軸、y軸、z軸平移；繞x軸、y軸、z軸旋轉，前面三個自由度是用于確定位置，后面三個自由度則是用于確定姿態(tài)，以實現(xiàn)對機械臂的控制。一個基準面與物體底面重合，限制了物體沿z軸平移，繞x軸旋轉，繞y軸旋轉三個自由度；二個基準面又與物體后側面重合，限制了物體沿x軸平移，繞z軸旋轉二個自由度；三個基準面與物體另一個側面重合，限制了物體沿y軸平移一個自由度。
若根據機械臂不同的結構形式可分為水平多關節(jié)機械臂和直角坐標系機械臂等。水平多關節(jié)機械臂一般會有Z1軸旋轉、Z2軸旋轉、Z軸平移這三個主自由度，通過在執(zhí)行末端加裝X軸旋轉和Y軸旋轉就可以到達空間內任何一個坐標點。直角坐標系機械臂一般由X軸平移，Y軸平移，Z軸平移這三個主自由度組成，通過在執(zhí)行末端加裝X軸旋轉、Y軸旋轉和Z軸旋轉就可以到達空間內任何一個坐標點。
機械臂自由度的計算方式
機械臂自由度的計算是在設計機械臂時的先決條件，通過計算機械臂的自由度，就可以得知機械臂可能產生的運動方式，如若是機械臂的關節(jié)只需要上下移動，則必須限制關節(jié)繞X軸、Y軸、Z軸的轉動，以及沿X軸、Y軸方向的移動。機械臂的自由度可分為平面自由度和空間自由度，可利用簡單的計算方式計算出它們的自由度。
機械臂自由度
平面自由度的計算方式。假如機械臂所有的關節(jié)為k，減去固定構件(機座)，則機械臂運動的關節(jié)數(shù)量為n=k-1。在沒有用運動副連接前，這些關節(jié)的自由度總數(shù)為3n。當運動副將這些關節(jié)連接起來組成機械臂之后，機械臂中各個關節(jié)具有的自由度就減少了，若機械臂中的低副數(shù)有PL個，高副數(shù)有PH個，而機械臂中全部的運動副所引入的約束總數(shù)有2PL+PH。所以，關節(jié)自由度的總數(shù)減去運動副所引入的約束總數(shù)等于該機械臂的自由度，即F=3n-2PL-PH就是計算平面自由度的方式。
空間自由度的計算方式。首先，我們需要知道機械臂在空間是具有六個自由度的，不同于在平面具有的三個自由度。它們的計算方式基本相同，都是關節(jié)自由度的總數(shù)減去運動副引入的約束總數(shù)等于該機械臂的自由度，計算方式：F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1。F表示機械臂的自由度，6n表示關節(jié)自由度的總數(shù)，P1、P2、P3、P4、P5分別表示1-5級運動副的個數(shù)。
瀏覽以上文章可以了解到機械臂自由度的含義以及計算方式，機械臂上能夠獨立運動的關節(jié)數(shù)目，就是機械臂的自由度。通常要在設計機械臂時，我們會使用到其自由度的計算方式，通過計算方式來得知機械臂可能產生的運動方式。關注我們，了解更多有關機械臂自由度的知識與應用。
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