機械手臂

Robot手臂的控制
　　使用Robot的目的為與人類合作，或代替人類以從事某種作業，在作業當中最重要，而且占絕大部份的為依靠手臂來做物理性的作業。因手臂在進行某項工作時，必須能夠在三次元空間內任意移動位置及姿勢，故移動手臂的機械手臂構造，便變得複雜了，而步行等的移動機能，也應考慮能在比以手腕及機械手臂為中心的作業更為廣大的空間內移動的機構;若能有此想法，在Robot的研究歷史內便可理解為何手腕及機械手臂的研究開發占壓倒性的多數了。但是在Robot機械手臂研究開發內的控制問題，乃為Robot工學中最重要的部份。機械手臂的控制分為位置控制、力控制、以及結合位置與力的混合控制;再者，最近亦出現有服從控制、及阻抗控制二種控制方法。


特異點/特異姿勢　　即便使用多自由度的機械手臂，亦有不論如何驅動其關節，而其手指亦不會朝某方向移動的機械手臂，此稱為特異點，或特異姿勢。例如手腕筆直伸長時，無論各回轉關節如何動作，其手腕亦不會朝肩膀的方向或是遠離肩膀的方向移動。一般決定控制機械手臂的姿勢時，是以數學的方程式來解決，但對於發生此種特異點仍為相當困擾。而其解決之道仍是在關節構造上多下工夫，將發生特異點的姿勢當作不那麼重要且限制關節的可動範圍，儘可能的不要發生特異點。

Master-slave manipulator　　Robot機械手臂(奴隸機械手臂)的操作乃是依檢測裝置來檢測人類手的動作，之後再施行本身的動作。master為主人，slave為奴隸的意思，在實際的作業上，因slave面所生力的情報相當重要必須將其檢測出之後再傳給master面，故會出現master　Manipulator和slave共用馬達的複雜機構情形，而這種情報的雙方向流通亦稱為　bilateral master-slave manipulator。

逆運動學　　即當Robot作業時，依現在的狀態，試求如何動作會達到哪種程度的作業。因物體是位在三次元空間內，故表示其位置及姿勢的獨立參數(變數)各有3個，合計為6個。然而，當想要抓取三次元空間內某樣物品時，手腕的位置及姿勢必須要正確，因此機械手臂手腕的獨立驅動軸數，也就是自由度最少必須有6。但6自由度亦不能說是十分足夠。當想要進行有效的處理作業時，通常須有某個程度的空間，為此，智慧型機械手臂亦有擁有7自由度以上的自由度數，此稱為具有冗長自由度或冗長性機械手臂。人類手腕的關節自由度亦為冗長性的，因此，人類可以抓背或繞過障礙物到達對面等非常柔軟的動作。一般來說冗長機械手臂的控制非常困難，因此有必要對作業對象設定某些規範。

雙向伺服系統　　在master-slave manipulator內，是依伺服系統來傳達力的情報，此亦可稱為雙動性的伺服系統，而擁有此種機能的master-slave manipulator則稱為 bilateral master-slave manipulator。而雙向伺服系統，主要分為對稱型、力逆送型、力回復型。因普通的位置伺服系統只在slave面做位置的調節，故即使掛上機械手臂也不會有任何感覺。在對稱型方面與花費在slave面之逆向扭力成比例，即產生servo的誤差，與此相對的master面亦有誤差，操作master者可感覺到在slave的逆向扭力(即反向力)，對複雜作業可做遼遠距離控制。力逆送型及力回復型則使用檢出器的方式，此3種構成各有各的特徵。而此種構成，可藉由電子計算機來替換master面，及擁有力的感覺的Robot機械手臂來構成，因此為高機能Robot中不可缺的技術。

力控制/位置控制　　將角度、長度等「位置」當作控制對象的即為位置控制，以「力」為控制對象的即為力控制。目前的自動化技術幾乎是由位置控制所形成，一般的伺服機構則為其典型，而目前產業用Robot亦同，但是在智慧型Robot方面，施加在Robot的手指及手腕的力的情報，乃為實行複雜作業時所不可或缺的，因此便想出可傳遞力的情報的雙向伺服機構;但基本上這也是使用位置控制系統，另一方面，人類和動物的肌肉可自由控制力量的強弱，此為動物特有的彈性動作，如此，不單只是獲得力的情報，而是可改變輸出的控制系統，即稱為力控制。若使用直接驅動馬達或低減速比馬達，即可實現力的控制，因此其研究正方興未艾。