高自由度机器人尚未流行的原因

反思机器人公司的巴克斯特机器人有两个7自由度的手臂信贷：重新思考机器人技术

高自由度机器人(具有超过6个自由度或轴的机器人)为自动化的未来带来了希望。然而，只有集成商摆脱“一项任务，一个机器人”的思维模式，高自由度机器人的真正价值才能实现。

随着机器人变得越来越通用，对更多轴的需求变得越来越明显。切换任务(例如，从拾取和放置任务到螺丝刀任务，然后到检查任务)需要一个设计具有固有灵活性的系统——这种灵活性只能通过高自由度机器人实现。

采用高自由度机器人的挑战

世界上大多数部署的工业机器人都有六个或更少的轴。有人试图推广高自由度工业机器人但这些尝试都不是很成功。这是为什么呢?

在我看来，高自由度机器人没有流行起来有两个相互关联的原因:成本和编程困难。

每个轴都需要硬件和工程费用，因为每个额外的轴都会对重复性和有效载荷产生不利影响。凭借“一个机器人，一项任务”的思维方式，集成商在历史上选择了一种机器人解决方案，该解决方案具有有效解决手头一项任务所需的最少轴数。他们认为，使用6自由度机器人解决5自由度问题会给工作单元增加不必要的成本和复杂性。这在传统的自动化中是正确的。

然而，如果一个机器人可以用于一个以上的任务呢？集成商需要什么来重新考虑“一个机器人，一个任务”的模式？为了考虑这一点，他们将需要访问高自由度机器人硬件，在运动中提供灵活性，以及一种编程和控制机器人的方法，该机器人不比低自由度机器人所需的编程复杂。

如今，控制高自由度机器人的软件已经存在，但大部分在学术界和研发机构如NASA和DARPA中发现。但是，可以应用于传统自动化的商业解决方案越来越多。

运动学冗余及其重要性

如果没有专门的软件，为高自由度机器人编程是极其困难的。机器人的关节越多，控制起来就越困难。控制的复杂性随着关节个数的增加而非线性增长。对于低轴机器人(6-DOF或更小)，通常可以找到一个封闭形式的解决方案，以确定关节必须如何移动以放置末端执行器。超过6个轴的机器人被认为是运动学冗余的，因为它们可以从多个关节状态获得特定的末端执行器姿态。下面的视频展示了7轴KUKA iiwa机器人的运动学冗余。

对于高自由度机器人来说，能够有意义地处理运动学冗余是非常重要的。人类是这方面的专家。想一想一个人可以用各种不同的方式俯身捡起一个球。我们的大脑自动决定如何以最佳方式移动我们的“轴”（一个人有200多个关节）以实现必要的手部运动——同时避免与我们自己和环境发生碰撞，防止关节锁定，并根据视觉和触觉反馈进行微校正。所有这些冗余使我们人类高度泛化。我们可以无缝地从一项任务转移到下一项任务。真是太神奇了。事实上，所有进化的生命形式都有允许利用冗余的肌肉骨骼系统。

另一方面，大多数工业机器人根本没有配备能够处理运动学冗余的软件，更不用说充分利用它了。缺乏足够的软件是为什么工业自动化世界充斥着简单、低自由度的机器人，这些机器人被购买、编程和部署来执行一项任务，而且只能执行一项任务。如果你想让传统的工业机器人执行一项新任务，这是可能的。但只有在非常昂贵的集成工作之后，机器人才能执行新的任务。它完全缺乏灵活性，这是部署在工业自动化环境中的机器人系统的关键增长动力之一。