ROBOT ARM(1) / 機械手臂(一)

機械手臂發展已久，近年來更是成為研究領域或市場上的熱門題目，最主要可以概分為多軸關節型式和DELTA兩大主流，其原理和優缺點各有不同，以多軸關節型式而言，相對優點為架設體積及工作角度上的優勢，但其逆向運動學( inverse kinematics)則相對難以求解，特別是當關節數越多時，複雜度暴增。

今天我就以多軸關節型式為基礎，開始進行娛樂玩具等級的機械手臂設計及製作專題。

首先，要確定目標性能，本專題重點目標為 :

(1)手臂夾爪方向永遠與地面平行。

(2)總共4個自由度，分別為夾爪1個，手臂連桿關節2個，底部旋轉1個。

(3)為了盡量減少伺服馬達負載，除夾爪馬達外，所有馬達都設計安裝在底部。

確定了以上目標後，便可以決定設計方向，為了滿足目標(1)，手臂兩段連桿皆採用平行四連桿設計，不論手臂如何動作，終端器部位方向皆不會改變。

而為了滿足目標(3)，將連桿修改如下列動畫所示，其中藍色和黃色分別為驅動手臂2部份的連桿，但動力源皆在底部。

設計方向和概念形成後，皆下來就要決定手臂所有連桿的相對位置,以及彼此間的長度關係，如下圖所示。

連桿長度(1)=(2)=(3)。
距離(11，12)=(13，14)。
距離(15，12)=連桿長度(5)。
距離(12，17)=(16，18)。
距離(12，16)=連桿長度(4)。
連桿長度(6)=距離(15，12)+距離(12，16)。

以上為設計概念及連桿動作草圖，確認想法方向正確後，皆下來可以正式進入真正的設計了。