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，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，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)能開閉。不過，也不能把夾手的這個(gè)開閉所用的自由度當(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。
機(jī)械手是具有傳動(dòng)執(zhí)行裝置的機(jī)械，它由臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置(工具等)構(gòu)成，組合為一個(gè)互相連接和互相依賴的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu);機(jī)器人接收來自傳感器的信號(hào)產(chǎn)生出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)
前臺(tái)接待機(jī)器人的控制系統(tǒng)由“任務(wù)規(guī)劃” “動(dòng)作規(guī)劃”“軌跡規(guī)劃”和基于模型的 “伺服控制”等多個(gè)層次組成,機(jī)器人針對(duì)各個(gè)任務(wù)進(jìn)行動(dòng)作分解,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的一系列動(dòng)作
伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、扭矩、反饋信號(hào)頻率和額定電壓等參數(shù)是整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的決定性因素之一;減速機(jī)和減速齒輪降低電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,加大輸出扭矩
每個(gè)關(guān)節(jié)都是影響智能接待智能接待機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的因子，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮全體的運(yùn)動(dòng)特性，并對(duì)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)速度變化做出約束。
為規(guī)劃智能接待仿人機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)所受的力和力矩、分析動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和控制規(guī)律，必須建立其動(dòng)力學(xué)模型
串行控制結(jié)構(gòu)是指機(jī)器人的控制算法是由串行計(jì)算機(jī)來處理;并行處理結(jié)構(gòu)能滿足機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性要求,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控制法
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由通信模塊、電源模塊、控制模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成;分別驅(qū)動(dòng)3個(gè)全方位輪，實(shí)現(xiàn)3軸聯(lián)動(dòng);通過閉環(huán)采集到的電機(jī)碼盤信息獲得的3個(gè)輪子的速度反饋回PC 機(jī)
硬件框圖包括一個(gè)以TMS320F2812DSP 為核心的DSP 控制板，一塊配套的功率驅(qū)動(dòng)板和一臺(tái)無刷直流電機(jī)；功率驅(qū)動(dòng)部分的硬件電路，主要由前置驅(qū)動(dòng)芯片和六個(gè)功率MOSEFET 管組成
用來檢測機(jī)器人的加速度,括身體的加速度和各關(guān)節(jié)角加速度,有時(shí)候也作為抑制各關(guān)節(jié)機(jī)械振動(dòng)而檢測;根據(jù)原理可分為應(yīng)變式、壓電式和MEMS 技術(shù)等
檢測機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度,包括身體移動(dòng)速度和各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度等;一般可分為直流式和交流式兩種,直流式測速機(jī)的勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)式和永磁式兩種,有帶槽的、空心的、盤式印刷電路等形式
用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的零位和極限位置的檢測,零位是機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)開始時(shí)的位置,零位檢測精度直接影響機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精確度;位移傳感器一般都安裝在機(jī)器人的關(guān)節(jié)上，用來檢測機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位移量
大部分輪子是由可變形材料(如橡膠)制成，所以相互作用是接觸面;，假設(shè)全方位移動(dòng)機(jī)器人重心不高，因此當(dāng)機(jī)器人加速運(yùn)動(dòng)時(shí)由重心偏高產(chǎn)生的各輪對(duì)地壓力的變化忽略不計(jì)
