運動鏈究竟是什麼
機器人手臂並不是一整塊實心物體，而是一排堅硬的部件——稱為連桿——由可動的鉸鏈和滑塊連接起來，這些鉸鏈和滑塊稱為關節。把若干這樣的部件依次連接起來，就得到一條運動鏈：一串剛體，其中每個關節都讓後一個部件相對於前一個部件運動。
你自己的手臂就是最清晰的例子。上臂、前臂和手掌是連桿；肩、肘、腕是關節。每個關節都增加一種運動方式，它之後的部件會隨之運動。轉動肩膀，整條手臂都會擺動；只彎曲手腕，就只有手掌轉動。這就是運動鏈在起作用：沿著鏈條往下走，運動會逐級累加。
關節有多種類型，但兩種就涵蓋了大多數機器人。轉動關節做旋轉運動，像合頁或你的肘部；移動關節沿直線滑動，像抽屜或可伸縮的桿。無論用哪種，規則都一樣：連桿承擔結構，關節承擔運動，而你把它們串接的順序決定了整體能做什麼。
開鏈與閉鏈
關鍵的分岔點就在這裡。一旦有了運動鏈，就問一個問題：它是否繞回自身閉合，還是末端自由懸空？答案把所有機器人機構分成兩大家族，即開鏈與閉鏈。
開鏈是末端自由的手臂。從基座沿著它走，一路到達末端而不會繞回——就像你的手臂從肩膀一直伸到指尖。最遠的那一端、夾爪或手所在之處，就是末端執行器：真正接觸外部世界的部件。除了它身後的鏈條，沒有任何東西固定它。
閉鏈則繞回自身。在下游的某處，連桿重新匯合，形成一個環，而不是自由末端。經典的例子是四桿機構：四根連桿和四個關節排成一個閉合迴路，從鉗子到汽車懸架，背後都是這種結構。你的身體也會這樣。雙腳站定，你就構成了一個閉合迴路——地面、左腿、髖部、右腿、再回到地面——這正是為什麼雙腳站立比把一條腿懸在空中要穩得多。
權衡：觸及範圍與剛度
為什麼這個迴路如此重要？因為開鏈和閉鏈在機構最看重的兩件事之間做了取捨：它能伸多遠，以及它握得多牢。
開鏈觸及範圍大、運動自如。由於末端自由，每個關節都能各行其是，因此末端可以在一個寬廣慷慨的工作空間中揮動，並扭轉成彆扭的姿態——想想伸手到架子後面去夠東西。但這種自由是有代價的：每個關節都把自己的微小晃動疊加在前一個之上，整條手臂在受力時會彎曲。推一下末端，它就會讓位，像魚竿一樣彎下去。
閉鏈剛度高但受約束。由於迴路透過不止一條路徑把運動部件連到基座，載荷會分攤到若干連桿上，而不是沿單一手臂傳遞。結果就是剛硬而精確——受力時幾乎不彎曲——而且相對於自身尺寸往往能承載大得多的重量。代價是自由：迴路把各部件鎖在一起，它們便無法再獨立運動，末端能觸及的區域也隨之縮小。
所以問題很少是「哪個更好」，而是「你要解決哪個問題」。需要給整個車身噴漆，或伸進雜亂的料箱去取件？選觸及範圍大的開鏈手臂。需要把攝影機或切削刀具穩如磐石地精確定位？選剛硬的閉鏈迴路。你畫下的那個迴路，本質上是在觸及範圍與剛度之間下的一個賭注。