关于“机械臂”的小背景

我们常说的机械臂多指形似人类手臂的串联式多自由度机器人。它由多个驱动关节通过机器人本体的机械结构依次串联，机器人的末端可以实现空间的多自由度运动。在末端安装吸盘、机械手、油漆喷嘴等执行器，即可代替人工进行部分高危、高强度的重复工作，现已广泛应用于工业、医疗、教育、娱乐等领域、与我们的生活息息相关。本文将汇总谈及“机械臂”时必将提到的内容。

一、机械臂的“轴”

轴，对应于机械术语中的自由度（Degree of Freedom，DOF），代表了机器人所具有的独立运动坐标轴的数目，通常与机器人使用的电机数量相同。例如七轴机械臂采用7个电机，通过7个独立运动共同驱动机器人工作。常见机械臂的“轴”数多为3-7之间，轴数越多，机器人越灵活，但结构越复杂，成本越高。

（一）四轴机械臂——SCARA机器人

SCARA机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm），也称水平多关节机器人，该机器人具备4个独立的驱动关节，包括3个轴线相互平行的旋转关节和1个移动关节。3个旋转关节可让机器人在平面内进行定位和定向，移动关节可使末端完成垂直于平面的直线运动。SCARA机器人结构相对简单，更易于快速运动，适用于快速分拣；在XOY平面具有柔顺性，在Z轴方向具备较好的刚度，也适用于精密装配。

（二）六轴机械臂——最常见的工业机器人

1959年，George Devol和Joseph F·Engelberger发明了世界上第一台工业机器人，功能和人手臂功能相似，并命名为Unimate，意为“万能自动”。生活中最常见的六轴机械臂就是一种典型的工业机器人，在自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业现场有着广泛的应用。

在机械结构上，该机器人具备6个独立的驱动关节，第一个驱动关节可模拟人类的腰转动作，第二、三个驱动关节分别模拟大臂和小臂动作，最后的第四、五、六驱动关节可实现人类手腕的功能，运动灵活，可在其工作范围内可以完成任意定位和定向。六轴机械臂具备较好的通用性，在机械臂末端配合安装末端执行器，例如吸盘、夹具、手爪等，可适不同工业流程的需求，目前已是柔性制造和装配生产线的中坚力量。

（三）七轴机械臂——可避障的机器人

七轴机械臂拥有7个独立的驱动关节，可实现人类手臂的最真实还原。六轴机械臂已经可以在空间任意位置和方向进行定位，7自由度机械臂通过加入一个冗余的驱动关节，具备更强的灵活性，实现在固定末端执行器的情况下，调节机械臂形态，可对附近障碍物进行有效避让。冗余的驱动轴使机械臂柔性更强，更适宜于人机交互协作使用。

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