從太空機(jī)器人到醫(yī)療領(lǐng)域可見(jiàn)的手術(shù)機(jī)器人，機(jī)械臂都不可或缺，占據(jù)著重要地位。那么，不同機(jī)械臂是如何實(shí)現(xiàn)控制抓取呢？它與自由度有什么關(guān)系嗎？優(yōu)質(zhì)機(jī)械手據(jù)悉，太空機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)類似人手臂的功能。融合了機(jī)械、電子、控制及信息等多學(xué)科技術(shù)，是一個(gè)機(jī)、電、熱、控一體化的高度集中的空間機(jī)電系統(tǒng)。通過(guò)搭載火箭，它能執(zhí)行空間碎片清理、在軌加注與維修等空間任務(wù)。圖中為國(guó)產(chǎn)太空機(jī)械臂模型，我國(guó)已研制出空間機(jī)械臂，由一個(gè)臂展和6個(gè)關(guān)節(jié)組成，非常靈活，可以全方位進(jìn)行目標(biāo)捕獲和操作。機(jī)械手廠事實(shí)上，機(jī)械臂已有70多年歷史，誕生于20世紀(jì)40年代，目前主要應(yīng)用在航天、噴漆、弧焊、醫(yī)療等。從“遨龍一號(hào)”到醫(yī)療領(lǐng)域可見(jiàn)的手術(shù)機(jī)器人，機(jī)械臂都不可或缺，占據(jù)著重要地位。那么，不同機(jī)械臂是如何實(shí)現(xiàn)控制抓取呢？它與自由度有什么關(guān)系嗎？

工業(yè)機(jī)器人是如何識(shí)別物體進(jìn)行抓取任務(wù)的呢？從機(jī)器視覺(jué)的角度，由簡(jiǎn)入繁從相機(jī)標(biāo)定，平面物體檢測(cè)、有紋理物體、無(wú)紋理物體、深度學(xué)習(xí)、與任務(wù)/運(yùn)動(dòng)規(guī)劃結(jié)合等6個(gè)方面深度解析文章的標(biāo)題。首先，我們要了解，機(jī)器人領(lǐng)域的視覺(jué)（Machine Vision）跟計(jì)算機(jī)領(lǐng)域（Computer Vision）的視覺(jué)有一些不同：機(jī)器視覺(jué)的目的是給機(jī)器人提供操作物體的信息。所以，機(jī)器視覺(jué)的研究大概有這幾塊：1. 物體識(shí)別（Object Recognition）：在圖像中檢測(cè)到物體類型等，這跟 CV 的研究有很大一部分交叉；優(yōu)質(zhì)機(jī)械手2. 位姿估計(jì)（Pose Estimation）：計(jì)算出物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)，對(duì)于機(jī)器人而言，需要抓取東西，不僅要知道這是什么，也需要知道它具體在哪里；3. 相機(jī)標(biāo)定（Camera Calibration）：機(jī)械手廠因?yàn)樯厦孀龅闹皇怯?jì)算了物體在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，我們還需要確定相機(jī)跟機(jī)器人的相對(duì)位置和姿態(tài)，這樣才可以將物體位姿轉(zhuǎn)換到機(jī)器人位姿當(dāng)然，我這里主要是在物體抓取領(lǐng)域的機(jī)器視覺(jué)；SLAM 等其他領(lǐng)域的就先不講了。由于視覺(jué)是機(jī)器人感知的一塊很重要內(nèi)容，所以研究也非常多了，我就我了解的一些，按照由簡(jiǎn)入繁的順序介紹吧：

在諸多焊接方式中，由于點(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制，至于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求，因此點(diǎn)焊對(duì)所用的機(jī)器人的要求是不很高的，這也點(diǎn)焊機(jī)器人較早被應(yīng)用的原因之一。優(yōu)質(zhì)機(jī)械手但為了確保焊接質(zhì)量，基本的要求還是要滿足的，比如說(shuō)點(diǎn)焊機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷，動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確，以減少移位的時(shí)間，提高工作效率。在實(shí)際焊接過(guò)程中點(diǎn)焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力，主要取決于所用的焊鉗形式，對(duì)于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了。但是這種焊鉗一方面由于二次電纜線長(zhǎng)，電能損耗大，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接；另一方面電纜線隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而不停擺動(dòng)，電纜的損壞較快。機(jī)械手廠因此一體式焊鉗逐漸將其代替。考慮到點(diǎn)焊機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力，才能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接，一般都選用100～150kg負(fù)載的重型機(jī)器人。為了適應(yīng)連續(xù)點(diǎn)焊時(shí)焊鉗短距離快速移位的要求，有些重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能，而這也對(duì)電機(jī)的性能，微機(jī)的運(yùn)算速度和算法都提出更高的要求。

在各種生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，上下料機(jī)器人的機(jī)械夾爪已經(jīng)被大量的應(yīng)用，因?yàn)樯舷铝蠙C(jī)械夾爪具有操作方便而且效率高的優(yōu)點(diǎn)，能夠提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量以及能夠避免工人在生產(chǎn)線上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)繁重勞動(dòng)。那么上下料機(jī)械夾爪具有哪些主要的部件呢？優(yōu)質(zhì)機(jī)械手 1、抓取和傳送機(jī)構(gòu)抓取和傳送機(jī)構(gòu)又被形象的稱之為手部和臂部，其中，抓取機(jī)構(gòu)包括有手指和傳力機(jī)構(gòu)，在工作中起到對(duì)物件進(jìn)行抓取和放置的作用。上下料機(jī)械夾爪的傳送機(jī)構(gòu)則包含了手腕和手臂等結(jié)構(gòu)，在實(shí)踐當(dāng)中可以用來(lái)改變物件的方位以及位置。2、驅(qū)動(dòng)部分評(píng)價(jià)高的搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)械夾爪通過(guò)驅(qū)動(dòng)部分來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力，因此驅(qū)動(dòng)部分也是它的動(dòng)力源，通常有液壓、氣壓、電力以及機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種不同的驅(qū)動(dòng)形式。其中，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由油缸、閥、油閥和油箱等組成；氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、空壓機(jī)（或由空氣壓縮機(jī)站直接提供）機(jī)械手廠和儲(chǔ)氣罐等組成；電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由一些電動(dòng)機(jī)組成。 3、控制部分機(jī)械夾爪的控制部分一般包括有程序控制部分與行程檢測(cè)反饋部分，是上下料機(jī)械夾爪中的指揮系統(tǒng)，因?yàn)樯舷铝蠙C(jī)械夾爪中的每一個(gè)程序動(dòng)作都是由控制部分來(lái)指揮執(zhí)行的，包括動(dòng)作的執(zhí)行順序、動(dòng)作的起始位置以及時(shí)間等，此外，對(duì)運(yùn)行的速度和加速度也能進(jìn)行控制。上述這幾個(gè)部分就是上下料機(jī)械夾爪中的主要部件，通過(guò)這些部件的共同作用就能夠完成程序設(shè)定好的工作，而且還能確保按照要求的順序和時(shí)間去執(zhí)行，因此，很多生產(chǎn)加工型的企業(yè)都會(huì)采購(gòu)高質(zhì)量，完善的上下料機(jī)械夾爪并將其安裝在主機(jī)設(shè)備上來(lái)執(zhí)行上下料程序。

如何選購(gòu)合適的焊接機(jī)器人呢？首先要了解焊接機(jī)器人有哪些技術(shù)指標(biāo)及特殊的技術(shù)指標(biāo)，這是正確使用機(jī)器人的前提。產(chǎn)品手冊(cè)也有列技術(shù)指標(biāo)，但是單從手冊(cè)上了解會(huì)比較表面，最好是根據(jù)實(shí)際需要理解某些特定的性能指標(biāo)，才能更加深入這個(gè)行業(yè)。優(yōu)質(zhì)機(jī)械手焊接機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)可分為兩部分，機(jī)器人的一般指標(biāo)和焊接機(jī)器人的特殊指標(biāo)。機(jī)器人通用技術(shù)指標(biāo)自由度數(shù)這是反映機(jī)器人靈活性的重要指標(biāo)。機(jī)械手廠一般而言，在機(jī)器人工作空間中可以到達(dá)3個(gè)自由度，但是焊接不僅必須到達(dá)空間中的某個(gè)位置，而且還必須確保焊槍（切削工具或焊鉗）的空間姿勢(shì)。因此，電弧焊和切割機(jī)器人至少需要5個(gè)自由度，點(diǎn)焊機(jī)器人至少需要6個(gè)自由度。