机构、关节与结构

开链与闭链

运动链就是一串刚性零件(连杆)通过能活动的关节连接起来。关键问题在于这些零件是怎么接线的:链子是有自由末端,还是绕回自身、合成一个回路?开链就像你自己的手臂。从肩膀开始,零件一节接一节地伸到指尖,而最远那端是自由的,可以在空中随意挥动。没有任何东西把手再连回肩膀,所以每个关节都能单独活动,不必和其他关节较劲。

闭链则至少含有一个回路,零件绕回来连成一个环。想想你双脚都踏在地上站立时的两条腿:左边是髋到大腿到小腿到脚,右边一样,而地面把两只脚绑在一起,通过地板把回路合上了。这时关节就不再是各自为政了。由于回路必须保持闭合,弯一边的膝盖就会迫使其他关节随之调整来补偿;它们的运动被约束捆在一起,就像手拉手围成一圈的人,没法各自朝不同方向迈步。

这一个区别就塑造了机器人的整体性格。开链容易指挥,能伸得远、能钻进别扭的角落,但往往更软、更弱,因为每个关节要独自承担负载。闭链更刚、更强、更精准,因为有好几个零件分担工作,但它们盘根错节的约束让控制更棘手,而且通常伸不了那么远。大多数机械臂是开链;许多追求快、强或高精度的机器则做成闭链。

折叠臂台灯是开链:碰一下灯罩,它就自由摆动。汽车的转向机构是闭链:转动方向盘,一圈相连的杆件就会迫使两个前轮一起转向,而且转过的角度恰好相互匹配。

开链:末端自由,关节相互独立。闭链:一个回路把各关节的运动绑在一起。

运动链也可以像树一样分叉(比如带两条手臂的躯干),却仍然算开链——只要它不含任何回路即可。

又称
open chainclosed chain开式运动链闭式运动链