Степени свободы (DOF, degrees of freedom) — это число независимых осей движения робота, то есть количество способов, которыми он может самостоятельно менять своё положение или конфигурацию. Для манипулятора степени свободы — это, по сути, число управляемых сочленений (шарниров): каждое добавляет роботу одну независимую возможность двигаться. Это один из главных параметров, определяющих гибкость и возможности робота.
Смысл понятия проще всего показать на роборуке. Чтобы вывести инструмент в любую точку пространства и задать ему нужный угол, теоретически требуется шесть степеней свободы: три отвечают за положение (перемещение вверх-вниз, вперёд-назад, влево-вправо) и три — за ориентацию (повороты вокруг трёх осей). Поэтому большинство промышленных манипуляторов имеют 6 степеней свободы: этого достаточно для полного управления положением и разворотом рабочего органа. Более простые роботы обходятся 3–4 степенями свободы, если полная ориентация не нужна.
От числа степеней свободы зависит поведение робота:
- Больше DOF — выше гибкость: робот может обойти препятствие, подобраться к детали с неудобной стороны, работать в стеснённом пространстве.
- Больше DOF — сложнее управление: контроллеру труднее решать обратную задачу кинематики, растут стоимость, масса и требования к настройке.
Отдельный случай — избыточные роботы, у которых степеней свободы больше, чем строго нужно для задачи (например, 7 вместо 6). Такая «лишняя» подвижность даёт свободу манёвра: одну и ту же точку робот может достичь разными позами, выбирая ту, что удобнее и безопаснее. Понятие степеней свободы применимо не только к манипуляторам: у мобильных роботов оно описывает возможности перемещения платформы, а у сложных систем (гуманоидов) их число исчисляется десятками — по одной на каждый управляемый сустав.
Источники:
- Степени свободы робота // RoboCraft. URL:https://robocraft.ru/blog/759
- Всё о роботе-манипуляторе // Яндекс Робототехника. URL:https://robotics.yandex.ru/blogs/vse-o-robote-manipulyatore
