機構、關節與結構

開鏈與閉鏈

運動鏈就是一串剛性零件(連桿)透過能活動的關節連接起來。關鍵問題在於這些零件是怎麼接線的:鏈子是有自由末端,還是繞回自身、合成一個迴路?開鏈就像你自己的手臂。從肩膀開始,零件一節接一節地伸到指尖,而最遠那端是自由的,可以在空中隨意揮動。沒有任何東西把手再連回肩膀,所以每個關節都能單獨活動,不必和其他關節較勁。

閉鏈則至少含有一個迴路,零件繞回來連成一個環。想想你雙腳都踏在地上站立時的兩條腿:左邊是髖到大腿到小腿到腳,右邊一樣,而地面把兩隻腳綁在一起,透過地板把迴路合上了。這時關節就不再是各自為政了。由於迴路必須保持閉合,彎一邊的膝蓋就會迫使其他關節隨之調整來補償;它們的運動被約束綁在一起,就像手拉手圍成一圈的人,沒法各自朝不同方向邁步。

這一個區別就塑造了機器人的整體性格。開鏈容易指揮,能伸得遠、能鑽進彆扭的角落,但往往更軟、更弱,因為每個關節要獨自承擔負載。閉鏈更剛、更強、更精準,因為有好幾個零件分擔工作,但它們盤根錯節的約束讓控制更棘手,而且通常伸不了那麼遠。大多數機械臂是開鏈;許多追求快、強或高精度的機器則做成閉鏈。

摺疊臂檯燈是開鏈:碰一下燈罩,它就自由擺動。汽車的轉向機構是閉鏈:轉動方向盤,一圈相連的桿件就會迫使兩個前輪一起轉向,而且轉過的角度恰好相互匹配。

開鏈:末端自由,關節相互獨立。閉鏈:一個迴路把各關節的運動綁在一起。

運動鏈也可以像樹一樣分叉(比如帶兩條手臂的軀幹),卻仍然算開鏈——只要它不含任何迴路即可。

又稱
open chainclosed chain开式运动链闭式运动链