仿人机器人冗余度双臂运动学建模与解析
双臂工业机器人运动学概述
双臂工业机器人运动学概述一、引言双臂工业机器人是一种具有两个机械臂的机器人系统，它可以在三维空间内完成各种复杂的任务。
在制造业、物流和医疗等领域，双臂工业机器人已经成为了不可或缺的重要设备。
本文将对双臂工业机器人的运动学进行概述。
二、运动学基础1. 坐标系双臂工业机器人通常采用笛卡尔坐标系（XYZ）或者极坐标系（RθZ）。
其中，笛卡尔坐标系是直角坐标系，可以描述物体在三维空间内的位置；极坐标系则是由一个原点和一个极轴组成，可以描述物体在平面内的位置。
2. 运动类型双臂工业机器人的运动类型包括直线运动和旋转运动。
其中，直线运动可以分为沿X轴、Y轴和Z轴方向的直线运动；旋转运动则包括绕X轴、Y轴和Z轴方向的旋转。
3. 运动自由度双臂工业机器人通常具有6个自由度，即可以沿X轴、Y轴和Z轴方向进行直线运动，并且可以绕X轴、Y轴和Z轴方向进行旋转。
有些机器人还具有额外的自由度，例如手指的张合等。
三、双臂工业机器人的运动学模型1. 正运动学模型正运动学模型是指根据机器人各个关节的角度计算出机器人末端执行器的位置和姿态。
通常采用矩阵变换法进行计算。
2. 逆运动学模型逆运动学模型是指根据机器人末端执行器的位置和姿态计算出各个关节的角度。
由于双臂工业机器人具有多个自由度，所以逆运动学问题比较复杂，通常采用数值方法进行求解。
四、双臂工业机器人的控制方法1. 位置控制位置控制是指通过控制机械臂各个关节的角度来实现末端执行器的位置控制。
通常采用PID控制方法进行控制。
2. 力控制力控制是指通过传感器感知末端执行器施加在物体上的力和力矩，从而实现对物体力和力矩的精确控制。
通常采用反馈线性化方法进行控制。
3. 路径规划路径规划是指根据任务要求和机器人运动学模型，生成机器人的运动轨迹。
通常采用插值法、优化算法等方法进行规划。
五、双臂工业机器人的应用领域1. 制造业双臂工业机器人在制造业中广泛应用，可以完成装配、焊接、喷涂等各种工艺操作。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析仿人机器人是一种能模拟人类动作和行为的机器人，其中的机械臂是仿人机器人的重要组成部分。
本文将介绍一种具有四自由度的仿人机器人机械臂的设计和性能分析。
四自由度的机械臂由四个关节组成，分别为肩关节、肘关节、腕关节和手腕关节。
各关节通过电机和传动装置实现驱动，从而使机械臂能够进行多种灵活的运动。
机械臂的末端装有夹爪，以便进行抓取和放置物体的操作。
在设计过程中，需要考虑机械臂的结构和材料选择。
由于仿人机器人需要模拟人类的动作和行为，因此机械臂的结构要尽可能接近人的手臂结构。
机械臂需要具备足够的刚度和强度，以支撑起机械臂自身的重量和负荷物体的重量。
在选择材料时，需要选择具有高强度和轻质的材料，如铝合金或碳纤维复合材料。
在性能分析方面，可以从以下几个方面进行考虑。
首先是机械臂的工作空间和有效载荷。
工作空间是指机械臂能够覆盖的三维空间范围。
有效载荷是指机械臂能够携带的最大负荷。
这两个指标直接影响机械臂的应用范围和功能。
其次是机械臂的运动精度和重复定位精度。
运动精度是指机械臂在执行任务时的定位精度。
重复定位精度是指机械臂多次执行相同任务时的定位精度。
这两个指标直接影响机械臂的控制精度和稳定性。
还可以考虑机械臂的速度和加速度性能。
速度和加速度决定了机械臂的响应速度和运动灵活性。
高速度和加速度可以提高机械臂的工作效率和响应时间。
设计和性能分析是仿人机器人四自由度机械臂研究的重要内容。
通过合理的设计和充分的性能分析，可以使机械臂具备较高的工作效率和精度，提高仿人机器人的实用性和应用范围。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析一、机械臂的设计仿人机器人四自由度机械臂的设计需要考虑多个方面的因素，包括结构设计、运动学设计、控制系统设计等。
1. 结构设计机械臂的结构设计是其设计的基础，需要考虑到机械臂的负载能力、稳定性和灵活性。
首先要确定机械臂的长度、负载能力以及工作范围，然后根据这些参数设计出合适的结构。
通常，仿人机器人的机械臂会模仿人体的肢体结构，因此可以参考人体的骨骼结构设计机械臂的连接方式和关节转动范围。
2. 运动学设计机械臂的运动学设计是指确定机械臂的运动范围、姿态和关节角度等参数。
在设计过程中，需要考虑到机械臂的可达空间、运动学逆解和轨迹规划等问题，以确保机械臂能够在工作空间内完成自如的运动。
3. 控制系统设计控制系统设计是机械臂设计的另一个重要方面，通过合理的控制系统设计，可以实现机械臂的精确控制和灵活运动。
控制系统通常包括传感器模块、执行机构和控制算法等组成部分，需要根据机械臂的具体应用场景选择合适的控制方案。
二、机械臂的性能分析机械臂的性能对其应用效果具有重要影响，因此需要对机械臂的性能进行全面的分析和评估。
1. 负载能力机械臂的负载能力是指其能够承受的最大负载大小，在设计过程中需要根据实际应用场景确定负载能力，并进行相应的结构设计和材料选择。
2. 精度和重复定位精度机械臂在工作过程中需要具备一定的精度和重复定位精度，以确保工作结果的准确性和一致性。
因此需要对机械臂的传动系统、控制系统和传感器系统等方面进行精细化设计和优化。
3. 动态性能机械臂的动态性能包括其运动速度、加速度和响应速度等参数，这些参数直接影响机械臂的工作效率和响应能力。
在设计过程中需要合理选择执行机构和控制系统，以提高机械臂的动态性能。
4. 稳定性和安全性机械臂在工作过程中需要具备稳定性和安全性，避免因外部干扰或设备故障导致意外发生。
因此需要在设计过程中考虑到机械臂的结构强度和稳定性问题，同时设置相应的安全保护装置。
仿人机器人原理与设计运动学与动力学分析
仿人机器人原理与设计运动学与动力学分析人机器人（Humanoid Robot）是一种具有人类形象和基本人类动作能力的机器人。
近年来，人机器人的研究与发展取得了显著进展，但其原理与设计仍然是一个复杂而有挑战性的问题。
本文将侧重于人机器人的运动学与动力学分析。
人机器人的运动学研究主要涉及其在空间中的位置、姿态和运动方式等问题。
在设计过程中，需要确定机器人的关节个数、关节限制以及关节位置等因素。
运动学方程可以描述机器人的运动学特性，其中位姿矩阵与关节变量之间的关系可以通过正运动学和逆运动学求解。
正运动学描述了根据关节变量计算机器人末端执行器位置和姿态的过程，逆运动学则是根据末端执行器的位置和姿态计算关节变量的过程。
在人机器人的动力学分析中，需要考虑力、力矩和惯性等因素的影响。
动力学模型可以描述机器人的运动学特性以及响应外界力的能力。
机器人的动力学模型通常采用拉格朗日动力学方法，通过利用系统的动能和势能建立动力学方程。
拉格朗日方程可以描述机器人系统在给定约束下的运动规律，并能够计算出关节力矩。
人机器人的运动学与动力学分析对于机器人的控制与规划任务至关重要。
通过对人机器人的运动学和动力学特性进行深入研究，可以实现机器人高效、稳定的运动和任务执行。
具体而言，可以利用运动学与动力学方程进行机器人运动规划与路径生成、机器人工作空间分析与优化、机器人姿态控制与稳定性分析等。
此外，运动学与动力学分析还可以为人机器人的设计和控制提供有力的理论依据。
然而，人机器人的运动学与动力学分析也面临一些挑战。
这主要包括机器人形状和结构的复杂性、多自由度关节的控制问题、非线性、不确定性以及外界环境和力的影响等因素。
有效地解决这些问题，需要运用数学、机械学、控制理论和计算机等多学科知识，不断推进人机器人的研究和发展。
总之，人机器人的运动学与动力学分析是人机器人研究与开发中的核心问题之一、通过深入研究人机器人的运动学与动力学特性，可以实现机器人高效、稳定的运动和任务执行，为人机器人的设计和控制提供有力的理论支持。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机器人，具有广泛的应用
前景。
本文将对该机械臂的设计和性能进行分析。
我们需要确定机械臂的设计参数，包括长度、质量和关节间的夹角。
根据人类手臂的
长度和关节运动范围，可以确定机械臂的长度和夹角。
考虑到机械臂的负载能力和稳定性，需要选择适当的质量和材料。
设计完成后，我们需要对机械臂的性能进行分析。
机械臂的运动范围是一个重要的性
能指标。
通过调整关节的夹角，可以使机械臂能够完成不同的运动任务。
机械臂的精度也
是一个重要的性能指标。
通过控制各个关节的转动角度，可以使机械臂能够达到较高的运
动精度。
机械臂的力矩和速度也是需要考虑的性能指标。
机械臂的力矩决定了其负载能力，通
过增加关节的大小和材料强度，可以提高机械臂的力矩。
而机械臂的速度将决定其工作效率，通过优化关节的传动机构和增加电机的功率，可以提高机械臂的速度。
机械臂的稳定性也是一个需要考虑的性能指标。
通过增加机械臂的质量和设计合理的
结构，可以提高机械臂的稳定性。
通过采用合适的控制算法，可以实现机械臂的稳定控
制。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析是一个综合考虑机械结构、动力学和控
制算法等方面的问题。
通过合理的设计和优化，可以实现机械臂的高精度、高速度和稳定性，并为各种应用领域提供有效的解决方案。
机器人手臂动力学建模及系统动力学分析
机器人手臂动力学建模及系统动力学分析机器人手臂在工业生产中的应用越来越广泛，如汽车制造、飞机制造、电子工业等，但机器人手臂的运动和控制一直是一个研究的难点。
本文将介绍机器人手臂动力学建模及系统动力学分析方面的研究进展。
一、机器人手臂动力学建模机器人手臂动力学建模是机器人手臂运动学分析的进一步扩展，它对机器人手臂在特定工况下运动的动力学特征进行建模，求解机器人手臂各部分的运动学和动力学参数。
1. 机器人手臂运动学与动力学机器人手臂的关节运动可以用一组运动方程来描述，在机器人手臂运动学研究中，可以根据运动方程求出机器人手臂各部分的位置和速度。
但是机器人手臂在执行特定工况下的运动时需要考虑到力的作用，因此需要对机器人手臂的动力学特征进行建模。
机器人手臂的动力学特征可以用质点制定片段（元件）间相对运动方程和牛顿-欧拉动力学方程来进行描述。
质点片段相对运动方程是机器人手臂动力学建模的基础，通过它可以求解机器人手臂各部分的加速度以及各部分之间的运动关系。
而牛顿-欧拉动力学方程则用来描述机器人手臂部件的动态特征，对于不同工况下的机器人手臂运动，可以使用不同的动力学方程进行求解。
2. 机器人手臂运动学建模机器人手臂的运动学可以使用DH方法进行建模。
DH方法是指将机器人手臂的一系列关节和连接构件看作一个连续的系统，然后通过D（连杆长度）、A（自由度长度）、α（相邻关节连线夹角）和θ（相邻关节角度）这四个参数来描述机器人手臂的运动学特征。
机器人手臂的坐标系采用右手系，当机器人手臂的运动到某一特定位置时，可以通过求解其DH参数和转换矩阵来得到机器人手臂的各部分坐标。
在机器人手臂的运动学建模过程中，需要使用逆运动学求解算法，以确定机器人手臂各部分的运动方程。
3. 机器人手臂动力学建模机器人手臂的动力学建模需要考虑到不同工况下机器人手臂受到的外界力矩、加速度等因素，因此需要使用不同的动力学方程进行求解。
其中，最常用的是牛顿-欧拉动力学方程。
机械工程研究报告之机器人手臂运动控制的建模与仿真研究
机械工程研究报告之机器人手臂运动控制的建模与仿真研究摘要：机器人手臂的运动控制是机器人技术中的重要研究方向之一。
本研究通过对机器人手臂运动控制的建模与仿真研究，旨在提供一种有效的方法来优化机器人手臂的运动控制算法，并验证其在实际应用中的可行性和有效性。
本研究采用了基于MATLAB/Simulink的仿真平台，通过建立机器人手臂的动力学模型、控制模型和仿真模型，对机器人手臂的运动控制进行了深入研究。
1. 引言随着机器人技术的不断发展，机器人手臂在工业生产、医疗护理、军事领域等方面的应用越来越广泛。
机器人手臂的运动控制是机器人技术中的关键问题之一，它直接影响机器人手臂的精度、速度和稳定性。
因此，对机器人手臂运动控制的研究具有重要的理论和实际意义。
2. 机器人手臂的动力学建模机器人手臂的动力学模型是机器人手臂运动控制的基础，它描述了机器人手臂在力学作用下的运动规律。
本研究基于拉格朗日动力学原理，建立了机器人手臂的动力学模型。
通过对机器人手臂的质量、惯性、摩擦等参数进行建模和参数化，得到了机器人手臂的动力学方程。
3. 机器人手臂的控制模型机器人手臂的控制模型是机器人手臂运动控制的核心，它描述了机器人手臂在控制输入下的运动规律。
本研究采用了PID控制器作为机器人手臂的控制器，通过对机器人手臂的位置、速度和加速度进行反馈控制，实现对机器人手臂运动的精确控制。
4. 机器人手臂的仿真模型为了验证机器人手臂运动控制算法的可行性和有效性，本研究建立了机器人手臂的仿真模型，并基于MATLAB/Simulink平台进行了仿真实验。
通过对机器人手臂的控制输入和仿真环境的设置，模拟了机器人手臂在不同工况下的运动过程，并对运动控制算法进行了评估和优化。
5. 结果与讨论通过对机器人手臂运动控制的建模与仿真研究，本研究得到了机器人手臂的动力学模型、控制模型和仿真模型，并验证了机器人手臂运动控制算法的可行性和有效性。
仿真结果表明，采用PID控制器的机器人手臂能够在不同工况下实现精确的运动控制，并具有较高的稳定性和鲁棒性。
仿人机器人原理与设计 运动学与动力学分析
1
0
b
y
ybw源自 y/w
b
0 0 1 c z z cw z / w c
0
0
0
1
w
w
1
The Army Armored Force Academy of PLA
2.3 Homogeneous Transformation of the Coordinate Frames 齐次坐标变换
1
Matrix Form：
A p ABT Bp
The Army Armored Force Academy of PLA
2.3 Homogeneous Transformation of the Coordinate Frames 齐次坐标变换
Homogeneous Transformation of Translation 空间中的某点用矢量ai+bj+ck描述，该点也可表示为：
正运动学是指根据仿人机器人的各关节角度求 各连杆的位姿，常用方法D-H方法。
逆运动学是指根据各连杆的位姿求解各连杆关 节的角度，即根据髋关节、膝关节和踝关节的位姿， 通过连杆间的几何位置等关系求解各关节的角度。
The Army Armored Force Academy of PLA
2.1 Representation of Position and Attitude 位置和姿态的表示
A p B p ApBo
zB { B }
zA { A } oA
Ap
Bp
oB
yB
ApBo
冗余自由度机械臂的逆运动学控制、建模与仿真
也ＮＤ 了操作手 的劳动 强度，容易产生疲 劳损害身体健 臂 架 的大惯 性 和非 线性 振动 等 ，这 些 限制 因素 给臂 架 ｌ ｌ 康 。此外 ， 由于操 作机 手不能 准确 的将 臂 架置 于 一 个 的精 确运动控 制和轨迹 规划带 来了较大 的挑 战 …。
合 理 的位 形 和跟 随一条 优化 运 动轨 迹 ，长时 间在一 些
奇异位 形进行操作 ，容 易给混凝 土泵车 ／ 喷射机械手 臂 ｌ 研 究对象 架 造成 永久 性 的疲劳 损 害，会 极大 的缩 短 产 品的使 用 本文 的研 究 对象如 图 １所示 ，为一 个六节臂 四冗 寿 命。 因此 非常 有必要 来提 高 和改 进 臂架 的 控制 系统 余 自由度机 械臂。利用机 器人学 的相关理 论，在各 个旋 和控 制策 略 ，通 过 采用先 进 的 电液 驱动 控 制系统 和 控 转关节建 立坐标系 Ｏ Ｘ Ｙ Ｚ ＝ ， ７， ｎ ｎ ｎ ｎ １ ）并参 考机械臂 …， 制策略 ， 优化 运动路径 ， 来提高臂架 运动 的智 能化 程度 ， 模 型 的 Ｄ． Ｈ参 数 ，能 够非常容 易的得到机 械臂 的末端
豳 中联 重科股份 有限公司 梁聪 慧／ Ｉ Ｌ ＡＮＧ Ｃ ｎ ｈ ｉ ｏ ｇ ｕ 黄皓轩／ ＵＡ ｏ ｕ ｎ 陶泽安／ Ａ ｅｎ 胡 敏 ／ ｎ 曾 杨／ Ｅ ａ ｇ Ｈ ＮＧ Ｈａ ｘ ａ Ｔ ＯＺ ａ ＨＵ Ｍｉ Ｚ ＮＧ Ｙ ｎ
摘 要 ： 文以一个 仿 混凝 土 泵车 臂架 的冗 余 自由度机 械臂 为研 究 对象 ， 本 考虑 到泵车 臂架在 实 际应用 中的多 种 约束 因素， 究 并实现 了一 种基 于广义 逆矩 阵 求解 和梯 度投 影 优化 的冗余 自由度 机 械臂 逆 运动 学 求解 算法 。在 研 Ｓ ｌ ｗ ｒ￣ 环境下建立了冗余 自由度 机械臂的三维仿真 模型 ， ｏｉ ｏｋ ｄ 并利用ＭＡ Ｌ ￣ ￣ ＶＲＭＬ 工具对机械臂模 型进行 Ｔ ＡＢ Ｎ ￣ 了运动学仿真分析。 仿真 结果 表明， 该运动控制算法能够实现冗余 自由度机械臂末端对任意指定轨迹 的柔顺跟 踪控 制， 各个 关节运动协调、 平滑。 本文 的相 关研究 成果可以应用于混凝土 泵车多关节臂架的运动控制。 关键词 ： 冗余 自由度机器人 混 凝土泵车 逆 运动学 运 动学仿真
仿人双臂协作机器人设计研究共3篇
仿人双臂协作机器人设计研究共3篇仿人双臂协作机器人设计研究1近年来，随着科技不断发展，机器人技术也日渐成熟。
机器人越来越多地被应用于各个领域，为人们的生产和生活带来了重大变革。
其中，仿人双臂协作机器人可以模拟人类双臂灵活的运动，能够实现更复杂、更精细的工作任务，具有广泛的应用前景。
一、仿人双臂协作机器人的研究现状仿人双臂协作机器人是指由两个或多个机械臂组成的协作机器人系统，具有人类双臂的柔性、精度、稳定性和协调能力。
目前，仿人双臂协作机器人在工业制造、装配、医疗、服务等领域均得到广泛应用。
例如，它能够在汽车生产线上进行车身焊接、喷涂和组装等工作，或在医院中协助医生完成手术操作，或在家庭中协助人们完成日常生活中的各种任务。
仿人双臂协作机器人的设计与研究主要包括机械结构设计、运动学建模与分析、动力学分析与控制等方面。
随着科技的进步，许多国内外学者在这方面进行了大量研究，不断推动着仿人双臂协作机器人的发展。
二、仿人双臂协作机器人的结构设计仿人双臂协作机器人的结构设计是其研究的一个重要方向。
机器人的机械结构设计应该综合考虑其载荷能力、刚度、精度和耐用性等要素。
对于仿人双臂协作机器人，双臂结构是其重要部分，因为这能够保证它能够模拟人类双臂的运动特性。
在双臂结构设计中，主要有两种机械结构：串联机械臂和并联机械臂。
串联机械臂的构造类似于人类的传统机械臂，由多个关节构成。
而并联机械臂则是由多个平行连杆构成，具有更高的刚度和精度。
目前，大多数仿人双臂协作机器人都采用了并联机械臂。
三、仿人双臂协作机器人的运动学建模与分析运动学建模是仿人双臂协作机器人研究的另一个重要方向。
它在机器人控制系统的开发中具有重要的作用，不仅能够为机器人中心控制系统提供基本数据，还可以对工业自动化系统进行有力的设计和开发。
在运动学建模中，对机器人的轨迹规划和轨迹控制是很重要的研究内容。
轨迹规划需要为机器人生成一条满足任务要求的轨迹，而轨迹控制则是使机器人沿指定轨迹运动的过程。
冗余自由度仿人机械臂自适应迭代学习控制
； 修回日期 ：２ 收稿日期 ：２ ０ １ ２ ３ ０ ０ １ ２ ４ ０ －０ －２ －０） ） 为机械臂惯性矩阵 ， 对称正 定 ｔ Ｍ（ ｔ ｑ ｑｋ ∈Ｒ ； ｑ ｋ（ ｋ（ · · ｎ×ｎ ） ） ） ， ） ） ） 且有界 ， 为离心 Ｍ（ ｔ Ｃ（ ｔ ｔ ｔ ∈Ｒ ； ｑ ｑ ｑ ｑ ｋ（ ｋ（ ｋ（ ｋ（ · · ｎ ） ， ） ） ） ） ） 力和哥氏力项 ， 为 Ｃ（ ｔ ｔ ｔ Ｇ（ ｔ ∈Ｒ ； ｑ ｑ ｑ ｑ ｋ（ ｋ（ ｋ（ ｋ（ ｎ （ ） ） ； （ ） ， 重力矢量 ， 为 各 关 节 的 控 制 力 矩 Ｇ（ ｔ Ｒ ｔ ∈ τ ｑ ｋ ｋ ｎ ｎ ） ） ） 为各种未建模动态和扰动 ， ｔ ｄ ｔ ｄ ｔ τ ∈Ｒ ； ∈Ｒ 。 ｋ（ ｋ（ ｋ（
第 ５期（ 总第 １ ７ ４期） ２ ０ １ ２年１ ０月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ Ｅ ＮＧ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ ＮＧ ＆ ＡＵＴ ＯＭＡ Ｔ Ｉ ＯＮ
Ｎ ｏ ． ５ Ｏ ｃ ｔ ．
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ ２ ４ １ ３ ２ ０ １ ２ ０ ５ １ ５ ８ ３ －６ －０ －０
双臂教学机器人的运动分析及仿真
２ ５
２２ 运动 学逆解 ．
为 了验证 机 器人 的工作 区域 和传 动角 的范 围 ，必须 求机 器 人 的运动 学逆 解 ． 解 主要 应用 在 手臂 某 种 逆 运 动轨 迹 的实 现 中 ． 即从 轨 迹 点 反解 出手 臂关 节 须运 动 的 角度 ［ ５ ］ 图 ２中 ， ．在 若点 Ｂ的坐 标 （ ，ｎ、 和 Ｚ ））Ｚ ， ２ 已知 ． 则逆解 为 ：
双臂教 学机器 人 的运动分析及仿真
赵 小英 ．梅 志 千
（ 海 大 学 机 电工 程 学 院 ，江 苏 常 州 ２ ０ ２ 河 １ ２） ３
摘 要 ：为 了进 行 双 臂 教 学 机 器 人控 制 系统 的设 计 和方 便 机 器 人 教 学 ， 双臂 教 学 Ｓ ＡＲ 对 Ｃ Ａ机 器人 进行 运 动 分 析 与 仿 真 ．给 出 了机 器 人 的 运 动学 正解 和逆 解 ， 出 了 一 套 机 构 简 化 方 案 ． 成 了 机 器 人 的 各种 手臂 姿态 规 划 ． 析 了存 在 提 完 分
的运动干涉约束．最后 运用运动学正解和逆解进行软件仿真 设计 ． 出了机 器人手臂的工作 区域 ． 在工作 区域 内 得 并
进 行 了 圆弧 运 动 仿 真 ． 关 键词 ：教 学 机 器 人 ；运 动学 正解 ；运 动 学 逆 解 ；运 动 干 涉 约 束 ；机 器 人 仿 真 中 图分 类号 ：Ｔ ２ Ｐ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
仿真 中的数据 ； 有用 ０ ｅ Ｇ 也 ｐ ｎ Ｌ进行 三维 实体 仿 真 ＿， 由 于编 程复 杂 ， ２但 ｌ 需要 利 用 Ｃ ｒ ｎ Ｄ ｏ ｔ ａ Ｓ Ｋ等 三维 工具 ｏ
箱辅 助造 型 ． 然 真实感 强 ， 执行 速 度慢 ， 在可 靠性 、 虽 但 存 可移 植性 差 等 问题．本 文 中机 器人 的运 动 是左 右两 臂 的平 面运 动 ， 因此 可采 用二 维 仿真 ， 用 Ｖｉｕ ｌ ＋ ． 程软 件 进行 程 序设 计 ， 应 ｓ ａ Ｃ ＋６０编 这样 不但 能在 仿 真 过程
高冗余度仿生机器人的运动学研究
机电信息工程高冗余度仿生机器人的运动学研究赵淑萍刘桐青(山东协和学院，山东济南250107)摘要：本文从技术和仿生2个层面解决救援技术限制的难题，增加我国救援装备的种类；从实践与理论2个方面探究仿生类救援装置的应用，有效将仿生类机械运用到灾难救援，减少人员的伤亡，间接降低国家的损失。
关键词：仿生机械1设计优势(1)模块化设计，可以根据任务灵活组装模块。
(2)采用设计的新型和壳地形适应性强，运动灵活，单由度高。
(3)通过特定的养输送可以为受困人员提供生养,维持生征，延长效。
(4)通过控制算法，深入，进入狭小空间的搜救；利用复合视觉进行微光!视距搜索,保护受困人员实例。
(5)质量轻便,单个模块仅重650g。
2研究的过程及实施2.1机械设计部分求行动灵活，关节自由度高，对关节部分提出设计灵活的要求。
(1)连接结构设计。
对已有技术，万向节结构具有运动灵活；正2.4按键与显示模块在系统中设计增加了4个独立按键,一个为开启测，另外3个为误差微。
OLED显示屏显示测量的人、环境数据。
3件设计软件按照模块化进行设计，分成DS18B20温度采集程序模块,@1x90614温度采集程序模块、按键控制程序、OLED显示程序、报 ，莫块构个.C文件，数个：。
4调试与结本文先用水银温度计测量水中温度，同时用DS18B20测量水表，测测量水表面温度,记录这3个 ，接着改变水温，分别再3种仪器测量对应的，经过多次测量得结构具有能力强的特点。
假设取其二者结合，设计出一款利用正交结构逼近万向节的连接式。
利用SolidWorks进行建模分析，建模图见图1,设计是将相连正交结构两轴逼近为0,理论设计中该结构可以与万向节功能,其三维具有一定角度限制，为一个，见图2。
其中A为关节连杆长度，实际圆锥夹角为42arctan，此范围可以做任意三维空间运动，超出槡2范围以其中~'周为主要运动，另~'轴为辅助运动，小围三。
过，理论设计和仿真结果一致。
机器人手臂的动力学建模与运动控制研究
机器人手臂的动力学建模与运动控制研究随着科技的不断进步和发展，机器人技术日益成熟，并在各个领域得到了广泛的应用。
在许多需要高精度操作和自动化生产的场景中，机器人手臂成为关键的装置。
机器人手臂的动力学建模与运动控制是机器人领域中的重要研究方向，本文将从动力学建模和运动控制两个方面进行探讨。
动力学建模是指研究机器人手臂在运动过程中所受到的力和力矩以及位置、速度和加速度之间的关系。
动力学建模的目的是准确描述机器人手臂的运动特性，为后续的运动控制提供基础。
在动力学建模中，通常会涉及到刚体力学、运动学和动力学等相关知识。
对于机器人手臂的动力学建模，一种常见的方法是使用拉格朗日动力学方程。
拉格朗日动力学方程可以通过建立系统的拉格朗日函数和广义力的关系来描述机器人手臂的运动。
通过求解和分析拉格朗日动力学方程，可以得到机器人手臂的位置、速度和加速度等动力学参数。
同时，还可以得到机器人手臂所受到的力和力矩。
除了使用拉格朗日动力学方程外，还有其他一些动力学建模方法，如牛顿-欧拉动力学方程和Kane方法等。
这些方法在不同的应用场景下具有各自的优势。
通过选择合适的动力学建模方法，可以更好地描述机器人手臂的运动特性，为后续的运动控制研究提供可靠的理论基础。
在动力学建模的基础上，进一步研究机器人手臂的运动控制也是至关重要的。
运动控制的目标是通过对机器人手臂的输入信号进行控制，使其达到所期望的位置、速度和加速度等目标。
在运动控制中，通常涉及到控制算法的设计和控制器的实现。
控制算法的设计是运动控制中的关键问题。
常用的控制算法包括比例-积分-微分控制（PID控制）、模型预测控制（MPC）和自适应控制等。
这些算法根据机器人手臂的运动特性和控制要求，通过对输入信号进行优化和调整，实现对机器人手臂的精确控制。
同时，还可以考虑到不同的环境和外界干扰因素，提高机器人手臂的抗干扰能力。
控制器的实现是运动控制中的另一个关键问题。
通常采用的控制器包括PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器等。
仿人机器手臂运动控制系统设计及性能分析
仿人机器手臂运动控制系统设计及性能分析摘要：现代机器人技术的发展已经深入到各个领域，其中机器人手臂的运动控制系统在工业自动化、医疗辅助和日常生活等方面起到了重要的作用。
本文旨在设计和分析一种仿人机器手臂的运动控制系统，通过对系统的设计和性能分析，探讨其在实际应用中的优势和局限性。
1.引言随着科技的不断进步，机器人技术已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
机器人手臂作为机器人系统的关键部件之一，其运动控制系统的设计与性能分析显得尤为重要。
仿人机器手臂的运动控制系统可以使机器手臂更加智能化、灵活化，更好地模仿人类手臂的运动方式，适应各种复杂的任务需求。
2.手臂运动控制系统的设计2.1 控制算法的选择在仿人机器手臂的运动控制系统设计中，控制算法的选择是一个关键性的决策。
常用的控制算法包括PID算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
在选择控制算法时，需要考虑系统的实际应用需求、控制精度和实时性等因素。
2.2 动力学模型的建立仿人机器手臂的运动控制系统需要建立相应的动力学模型来描述手臂的运动规律。
动力学模型的建立可以通过采集手臂的运动数据，使用逆运动学方法或者基于力/力矩的方法进行建模。
建立合理的动力学模型是实现精确控制的前提。
2.3 传感器的选择与布置在仿人机器手臂的运动控制系统中，传感器的选择与布置是至关重要的。
传感器能够提供机器手臂所需要的外部环境信息，如位置、力、速度等，并将这些信息反馈给控制系统进行相应的调节。
常用的传感器包括位置传感器、力传感器和视觉传感器等。
3.性能分析3.1 运动精度分析仿人机器手臂的运动精度是衡量其性能优劣的重要指标之一。
通过对机械结构的优化和控制算法的改进，可以提高手臂的运动精度，使其更加准确地执行各种任务。
3.2 运动速度分析仿人机器手臂的运动速度也是性能分析的一个关键指标。
较高的运动速度可以提高工作效率，但也需要考虑手臂的稳定性和安全性。
优化控制算法和增加输出功率可以实现更快的运动速度。
仿人机械手臂结构设计与运动学分析
2024年第48卷第2期Journal of Mechanical Transmission仿人机械手臂结构设计与运动学分析杨亚昆张小俊秦康（河北工业大学机械工程学院，天津300401）摘要针对真人在驾驶员注意力监测系统性能测试中重复性执行单一动作存在易疲劳等问题，设计了一种模拟驾驶员接打手持电话和抽烟等行为动作的仿人机械手臂。
首先，基于外骨骼的设计方法，进行机械臂和仿生手的结构设计；然后，利用改进的D-H法建立机械手臂运动学模型，进行正逆运动学求解和工作空间分析，并在Adams软件中对机械手臂进行动力学仿真，获得了其运动特性与负载特性。
仿真结果表明，该机械手臂结构设计合理，关节柔性执行器选型满足要求。
关键词机械手臂结构设计运动学工作空间Structural Design and Kinematic Analysis of Humanoid Robot ArmsYang Yakun Zhang Xiaojun Qin Kang(School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)Abstract Aiming at the problem that human beings are prone to fatigue when they repeatedly perform a single action in the performance test of the driver attention monitoring system, a humanoid robot arm is designed to simulate the driver's behaviors such as answering and making handsets and smoking. Firstly, based on the exoskeleton design method, the structure of the robot arm and the bionic hand is designed. Secondly, the im⁃proved D-H method is used to establish the kinematics model of the manipulator; the forward and inverse kine⁃matics are solved, and the workspace is analyzed; the dynamics simulation of the robot arm is carried out in Ad⁃ams software to obtain its motion characteristics and load characteristics. The simulation results show that the structural design of the manipulator is reasonable, and the selection of joint flexible actuators meets the require⁃ments.Key words Robot arm Structural design Kinematics Workspace0 引言随着汽车智能化程度的提升，越来越多的汽车开始搭载各类驾驶辅助系统，与之而来的是，与智能驾驶汽车相关的交通事故也呈逐渐上升趋势。
超冗余移动机械臂逆运动学快速求解的两种方法比较
超冗余移动机械臂逆运动学快速求解的两种方法比较为了快速求解机械臂逆运动学问题，可以采用两种方法：迭代法和解析法。
本文将对这两种方法进行比较，并分析其优缺点。
一、迭代法迭代法是通过迭代计算的方式来求解逆运动学问题。
其基本思想是将逆运动学问题转化为一系列的正运动学问题。
简单来说，就是通过不断迭代，逐步接近求解的结果。
1. 方法介绍迭代法的基本步骤如下：1）给定末端位置和姿态；2）选择一个初始位置和姿态；3）计算初始位置和姿态对应的正运动学问题的解；4）计算当前位置和姿态与目标位置和姿态之间的误差；6）重复执行步骤4和步骤5，直到达到预设的误差要求。
2. 优缺点分析迭代法的优点是简单易懂，容易实现。
它适用于凸空间和非线性问题的求解，可以在任意初始位置和姿态下快速求解逆运动学问题。
迭代法也存在一些缺点。
其收敛速度相对较慢，需要大量的迭代计算。
迭代法对求解范围有一定的限制，对于存在奇异点或者多解的情况，可能无法求解。
迭代法对误差的控制也较为困难，容易陷入局部最优解。
二、解析法解析法是通过解析求解的方式来求解逆运动学问题。
其基本思想是基于机械臂的几何特性和运动学方程，通过数学推导得到直接求解的解析式。
1）建立机械臂的运动学模型，包括关节角度和末端位置和姿态的关系；3）根据解析表达式，计算关节角度的数值解；4）验证数值解是否满足约束条件和误差要求，如果满足，则求解成功；如果不满足，则说明无解。
解析法的优点是求解速度快，解析式一旦得到，求解过程仅需进行简单的计算。
解析法对解的唯一性和数值解的合理性进行了严格的数学推导和验证。
解析法也存在一些缺点。
解析法的适用范围有限，只能用于特定的机械臂模型和几何结构。
解析法对机械臂的运动学模型有较高的要求，而实际中的机械臂往往会存在非理想因素，导致解析法无法直接求解。
解析法对机械臂的可行性和稳定性考虑较少，容易得到错误的解析式。
三、两种方法的比较通过对迭代法和解析法的优缺点分析，可以得到以下结论：1. 简便性迭代法相对简单易懂，容易实现。
一种仿人机械臂的运动学逆解的几何求解方法
一种仿人机械臂的运动学逆解的几何求解方法随着科技的不断发展，机械臂在工业自动化、医疗辅助和智能制造等领域中得到了越来越广泛的应用。
仿人机械臂作为一种新型的机械臂，具有更高的柔顺性和精确性，可以更好地模拟人体肢体的运动，并且在日常生活中也有着广泛的应用前景。
仿人机械臂的运动学逆解问题一直是研究的重点和难点之一。
运动学逆解是指在已知机械臂末端执行器的位置和姿态情况下，根据机械臂的结构参数和关节角度，求解出满足末端执行器位置和姿态要求的机械臂关节角度。
而几何求解方法是其中一种研究手段，通过空间几何关系建立数学模型，从而实现运动学逆解。
本文将介绍一种基于几何求解的仿人机械臂运动学逆解方法，并对其优缺点进行分析。
一、仿人机械臂的运动学逆解问题1. 仿人机械臂的特点仿人机械臂是一种模拟人体上肢结构和运动规律的机械臂，通常由肩部、肘部和手部三个自由度组成，并且具有较高的柔顺性和精确性。
它可以模拟人体上肢的各种复杂运动，如抓取、握持、挥舞等，因此在医疗辅助、人机交互等领域有着广泛的应用。
2. 运动学逆解问题的挑战仿人机械臂的运动学逆解问题比传统机械臂更加复杂，主要表现在以下几个方面：① 多自由度：仿人机械臂通常具有较多的自由度，关节角度之间存在复杂的耦合关系，从而增加了运动学逆解的难度。
② 柔性和精确性要求高：仿人机械臂需要具有较高的柔顺性和精确性，要求逆解方法能够准确地求解出关节角度，以实现精准的末端执行器运动。
③ 复杂的运动规律：仿人机械臂需要模拟人体上肢的各种复杂运动，如抓取、握持、挥舞等，要求逆解方法能够处理多种不同的运动规律。
二、基于几何求解的仿人机械臂运动学逆解方法基于几何的运动学逆解方法是通过建立机械臂末端执行器位置和姿态的数学模型，从而推导出机械臂关节角度的求解公式。
这种方法常常需要涉及空间几何关系的建立和复杂的数学推导，但由于其几何直观性和适用性广泛，因此在仿人机械臂运动学逆解中得到了广泛的应用。
仿人服务机器人手臂结构设计及动态响应优化.pptx
介绍目前国内服务机器人手臂存在的问题,并对本文在机器人手 臂设计过程中涉及到的关键技术加以介绍。(2)对人类手臂各个 关节自由度数目和运动范围加以研究,确立仿人服务机器人手臂 的结构参数和设计要求。
根据服务机器人的实际应用场合和功能要求,设计出五自由度机 器人手臂。并根据《中国成年人人体尺寸》确立机器人手臂的 上臂和前臂尺寸。
最后运用Pro/E三维实体建模软件建立机器人手臂的三维装配模 型。(3)运用D-H参数法建立机器人手臂的连杆坐标系,求得相邻 连杆之间的变换矩阵和正运动学方程,并将特定的关节转角代入 正运动学方程,以此验证正运动学方程的正确性。
根据变换矩阵和正运动学方程,运用反变换法求得服务机器人手 臂的运动学逆解,即1 2 3 4 5?,?,?,?,?。(4)运用参数化建模 思想建立机器人手臂的参数化模型,并根据有限元理论和多体动 力学理论建立机器人手臂刚柔耦合动力学模型。
本文的意义在于采用先进的动态设计取代传统的静态设计,在设 计阶段就综合考虑影响机器人手臂工作稳定性的多种因素,目的 是设计出一款工作稳定、振动小的服务机器人手臂。综合运用 人体工程学、人体测量学、多体系统动力学以及优化设计方法, 对服务机器人手臂进行结构设计、固有特性分析以及动态响应 优化。
具体研究工作如下:(1)详细介绍最近几年国内外服务机器人的 发展趋势和增长态势,以及本文的选题背景和研究意义。阐述国 内外对机器人动态特性分析的研究现状,主要是对机器人进行模 态分析和动态响应与激励之间的关系研究。
运用ADAMS软件对机器人手臂进行模态分析和强迫振动分析,得 到机器人手臂的模态频率和固有振型,以及机器人手臂末端加速 度、速度频域响应曲线,分析得到容易引起机器人手臂共振的频 率范围。(5)机器人手臂动态响应优化,结合优化理论以机器人 手臂上臂、前臂的长度和钣金厚度为设计变量;以机器人手臂末 端质心位移和加速度为目标函数;以人类手臂的实际尺寸范围和 比例为约束条件,建立机器人手臂优化模型,得到手臂设计变量 的最优值。
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析
仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能分析一、引言随着科技的发展，机器人技术不断地得到突破和进步，而仿人机器人的研究也成为了当前的热点之一。
仿人机器人四自由度机械臂作为仿人机器人的重要组成部分，其设计与性能分析显得尤为重要。
本文将对仿人机器人四自由度机械臂的设计与性能进行详细分析。
1. 结构设计仿人机器人四自由度机械臂的结构设计需要考虑到其在模仿人体手臂动作的具有较好的稳定性和灵活性。
一般来说，仿人机器人四自由度机械臂包括基座、肩部关节、肘部关节和手部末端执行器。
基座用于支撑整个机械臂，肩部关节连接基座和肘部关节，肘部关节连接肩部关节和手部末端执行器。
这样的结构设计使得仿人机器人四自由度机械臂可以模仿人体手臂的运动轨迹和姿态。
2. 关节设计仿人机器人四自由度机械臂的关节设计需要兼顾其运动范围和受力情况。
一般来说，仿人机器人四自由度机械臂的关节设计包括电机、减速器和传动装置。
电机用于驱动机械臂的运动，减速器用于降低电机的转速，并且增加扭矩输出，传动装置用于将电机的转动转化为机械臂的运动。
通过合理的关节设计，能够使得仿人机器人四自由度机械臂具有良好的动作稳定性和较大的运动范围。
3. 控制系统设计1. 运动精度仿人机器人四自由度机械臂的运动精度是其性能的重要指标之一。
一般来说，运动精度可以通过机械臂的姿态误差和末端执行器的定位误差来衡量。
姿态误差是机械臂实际姿态与期望姿态之间的偏差，而末端执行器的定位误差是指实际位置与期望位置之间的偏差。
通过对仿人机器人四自由度机械臂的运动精度进行分析，能够评估其在不同工作条件下的运动表现。
2. 负载能力仿人机器人四自由度机械臂的负载能力是指其能够承受的最大负载。
一般来说，负载能力直接影响机械臂的实际应用范围和工作效率。
通过对仿人机器人四自由度机械臂的负载能力进行分析，能够评估其在不同工作条件下的负载承受能力，为实际工程应用提供参考。
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昼 应用技术 用狡木
仿人机器人 冗余度 双臂 运动 学建模 与解析
罗亚梅 Ｉ ， 张 智 军 ４
（ １ ． 国家 知识 产权 局专 利 局专 利审 查协 作广 东 中心 ２ ． 中山大 学信 息科 学与 技术 学 院 ３ ． 华南 理工 大 学 自动化 学 院 ４ ． 南 洋理 工大 学媒 体创 新研 究所 ）
形机器人 手臂的 自由度往往 多于 ３个 ， 所 以该方法 不
具有普遍 适用性 。手臂 自由度 超过 ６个时 ，机械手 臂
设计 人形机 器人 ，必须考 虑其运动生成方法 。常 见 的运动 生成方法为建立机器 人 的运动学模型 ，使用 数学方法 求解 各个关节 的值 【 ３ 卅。在工业机器人领域 ，
值通常根据 需要优化 的指标而 定 。
表 １ 双 臂 机 器 人连 杆 参 数
ｆ １ ２ ３ ４
５
＝
ｌ Ｊ 一 ０ ‘ Ｉ 一 。 （ ｆ ０ ） １ （ ｆ ） ｌ Ｉ 。
为简单起见此处令 ＝［ ０ ； ０ 】 ，式（ １ ） 退化为最小
０． １ ５５
Ｏ ｉ ／ ｒ ａ ｄ ０ １
３ 计算机仿真分析
法 控制机器人左右手 分别追踪末端期望 的轨迹 （ 左手
追踪一条 圆形路径 ，右手追踪 一条直线路径 ）。使用
务， 如躲避 奇异点、 躲避关节极 限、 躲避 障碍物等【 】 。
如搬运重物， 需２ 个手臂具有一样的速度，且要平稳
地 按照既定 的路线搬运 ；拧螺丝 需一 只手稳住 螺丝 ，
另一只手进行拧紧动作 。因此 ，研 究人形机 器人的双
臂运动学解析方法具有较 大的实用价值 。 为 了展示伪 逆 法在双臂解析 中的有 效性 ， 本文给 出一种 融合左右 臂广义逆的组合伪逆方法 ， 该方法将左右 臂广义逆组 合 为一个伪逆矩阵 ， 从 而方便使用传 统伪逆 方法处理
解 ，即准 确解 。如在文献 ［ １ ０ 】 中，Ｎ ｕ ｎ ｅ ｚ等人给 出一
于家庭生 活当 中【 ２ Ｊ 。通过研 究人形机 器人 ，不但 开发 出越 来越 多 可用 于 日常生 活 的人形机 器 人来 满足 各
种 需求 ，而且 可能对人类认识本 身有一定 的意 义 。
种针对 ３自由度的人形机器 人运 动解析方法 。 然而 人
为验证本文所提方 案的可行性 ， 使用 上述伪逆方
化 范数解 。
． １ ／ ｒ ａ ｄ 兀 ， ２ 丁 【 ／ ２ ． ７ 【 ， ２ ７ ｃ ／ ２
７ 【 ／ ２
ａ ｉ ． １ ／ ｍ ０ ． ０ ４ ０ ０ ０
Ｏ
／ ｍ ０ ． ２ ８ ２ ． ０ ． １ ３ ７ ０ ． ０ ． １ ５ ５
摘要 ：针对人形机器人，提出一种融合左右臂广义逆的组合伪逆方法。该方法能将左右臂的雅克比矩阵广
义逆统一为一个伪逆矩阵 ，从而 方便使用传 统伪逆 方法或优 化的伪逆 方法处理双臂 。首先给 出人形机器人双臂 的 前 向运动学模型 、左右手臂 的基 于伪 逆模 型；然后将这 ２个单独模型 的雅克 比矩阵 的广义逆统一到一个雅克 比矩
双臂。
２ ０ １ ５ 年 第３ ６ 卷 第１ 期 张智军 ：仿 人机 器人冗余度双 臂运动学建模 与解 析
雅 克 比 矩 阵 Ｊ ｎ （ ） 和 Ｊ Ｒ （ Ｏ Ｒ ） 的 伪 逆 ； Ｉ ∈ Ｒ 表
示单位矩 阵；ｗＬ∈Ｒ” 和 ∈Ｒ” 为任 意矢量 ， 其取
该方法一 直是研究热 点，因为它具有可解释性 （ 通过 数学推理得 到 ）、可形式化描述 （ 使用计算机 编程 实 现 ）等特 点 剖。
往往是一个冗余型的系统， 即运动学方程中方程的个
数少 于变 量的个数 ，导致在 求机 器人逆运动学解 时 ，
难 以得 到唯一的解析解 。为解 决该 问题 ，常用 的方法 是伪逆 的方案【 ｌ ｌ 】 。
人们 更 容易将 人形 机 器人作 为 日常 生活 的 同伴而 用
由于有诸多优点， 冗余度机械臂在近几十年越来
越得到重视 。冗余度机械臂 的基本 问题是冗余度解 析
问题 ，如果 只考虑运动 学，也 叫逆运 动学 问题 。具体
描述为 己知机械 臂 的末端位置 ，求解 机械臂 的各个 关 节值 的问题 。一般来说 ，希 望能够得到运动 学的解 析
阵 中 ，得 到 一 个 组 合 和 简 化 的伪 逆 模 型 。仿 真 结果 表 明 ， 该 方案 具有 可 行 性和 准确 性 。
关键 ｊ 围：人形机器人；双臂冗余度解析；组合伪逆方法；计算机仿真
Ｏ 引言
近年来 ，由于人形机器人 与人类较相似而受 到越 来越多研 究人员的关注【 ｌ 】 。人形机器 人之所 以受到欢 迎 ，一方面 是因为人形机器人 外形与人相似 ，能够 帮 助处理一些人类 需要完成 的工作 ；另一个方面可 能是
在 伪逆 法 的使 用场 合 中 ，单械 臂是 最常 见 的类 型， 双臂 的情 况 比较少【 ３ 刮。 单臂系统 由于 只考虑单个 机械 臂，情况相对简单 。但 人形机器人往往 有 ２个手 臂， 有 时需各 自单独 完成任务 ， 有时 需协作完 成任务 。
冗余度机械臂是指多于完成任务所需的自由度