اهمیت درجه ی آزادی در طراحی ربات

تعداد پارامترهای غیر وابسته که برای مشخص کردن موقعیت یک سیستم فیزیکی مورد استفاده قرار می گیرد را درجه آزادی آن سیستم می نامند. به عنوان مثال یک ذره نقطه ای که در فضا آزادانه حرکت می کند دارای سه درجه آزادی می باشد. همان ذره اگر در یک صفحه به صورت آزادانه حرکت کند دارای دو درجه آزادی خواهد بود. در واقع تعداد درجه آزادی یک سیستم همواره با تعداد بعدهایی که سیستم در آن حرکت می کند برابر نیست. حال اگر سیستم فیزیکی از نوع ذره ای نباشد، مشخص کردن موقعیت تنها یک نقطه از آن جسم، برای مشخص کردن موقعیت سیستم کافی نخواهد بود . سیستم های مکانیکی که با آنها مواجه هستیم معمولا دارای درجه های آزادی ( DOF ) بیشتر از 6 درجه آزادی، مورد نیاز برای دستکاری بدن در فضا هستند. حتی به طور نسبی بندپایان سخت 2 و سخت پوستان 3 حداقل دارای 5 درجه آزادی در هر اندام هستند؛ شاخک های حساس و دسته ای انسانی درجه آزادی بیشتری دارند. مهندسان روباتیک معمولا به انتخاب تعداد درجه آزادی در یک ربات در مراحل اولیه طراحی نیاز دارند، که به طور بالقوه کاربردهای مربوط به آینده ربات را محدود می کند. ما به لحاظ نظری، تعریف انعطاف پذیری مکانیکی 4 را به عنوان توانایی یک سیستم مکانیکی برای بیان پیکربندی های ایستای متمایز و تغییر سریع در میان آنها را برمی گزینیم. با الزام انعطاف پذیری و فرض بر این که سیستم ها قدرت و نیروی محدودی دارند، و علاوه بر این باید در برابر اختلالات زیست محیطی انرژی محدود برای حالت خود مقاومت نمایند، ما نشان می دهیم که چنین سیستم های مکانیکی چندکاره دارای تعداد محدودی از درجه های آزادی هستند که نیاز به آنها دارند. برای بیومکانیک ها، نشان دادن حوزه هایی که در آن سیستم های با درجه آزادی بالاتر به طور ذاتی نسبت به سیستم های با درجه آزادی پایین تر از رقابت خارج خواهند شد، به این امر اشاره دارد که کدام اندام ها و ارگانیسم ها به طور مکانیکی پیچیده تر خواهد بود.

Keywords:

درجه آزادی , رباتیک