⑴ 怎麼判斷機械臂的自由度
機械臂按照其結構類型，可以分為多關節機械臂、直角坐標系機械臂、球坐標系機械臂、極坐標機械臂和柱坐標機械臂等種類。水平多關節機械臂通常包含三個主要旋轉自由度，即Z1旋轉、Z2旋轉和Z移動。通過在末端執行器上增加X旋轉和Y旋轉，機械臂能夠到達三維空間內的任意坐標點。直角坐標系機械臂由三個主要線性自由度組成，即X移動、Y移動和Z移動。如果在其執行終端安裝X旋轉、Y旋轉和Z旋轉，機械臂同樣能夠到達空間內的任何位置。這些機械臂的驅動方式主要包括液壓驅動（使用液壓缸來驅動運動）、氣動驅動和電機傳動。
下面將根據不同類型的機械臂，探討其自由度的結構。
1. 太空機械臂
太空機械臂分為艙內和艙外兩大類。艙外機械臂的長度可以從幾米到幾十米不等，根據不同的任務需求，其自由度可以從5個到10個不等。通過利用機械臂的定位功能，以及不同類型手爪的應用，可以完成對航天器內外的拾取、搬運、定位和釋放等任務。
2. 工業機器人機械臂
在工業機器人領域，設計的機械臂通常具有6個自由度。前三個自由度用於確定位置，後三個用於確定姿態，共同實現機械臂的控制。這六個自由度分別是：沿X軸平移、沿Y軸平移、沿Z軸平移、繞X軸旋轉、繞Y軸旋轉和繞Z軸旋轉。在工業應用中，通過與工件底面、側面和後側面的三個基準面重合，分別限制工件沿Z軸平移、繞X軸旋轉、繞Y軸旋轉、沿X軸平移和繞Z軸旋轉五個自由度，最終實現對工件的精確操作。
3. 手術機器人機械臂
醫療領域中的手術機器人機械臂需要極高的精度，以確保在手術過程中的平穩和快速響應。手術機器人的機械臂結構需要根據手術環境進行調整，以滿足不同的手術需求。例如，達芬奇外科手術機器人系統中的每個機械臂具有7個自由度，其中包括每個微型工具的4個獨立自由度和機械臂提供的3個自由度，使得工具末端具有總共7個自由度，從而提供了高度的靈活性。
總的來說，隨著機械臂自由度的增加，其運動靈活性也會提升。然而，自由度並非越高越好。專用機械臂通常只有2到4個自由度，而通用機械臂多數為3到6個自由度（不包含手指抓取動作）。要判斷機械臂的自由度，可以通過考慮其在X、Y、Z三個軸上的軸向運動，以及圍繞這些軸的旋轉運動。每個軸向運動算作一個自由度，每個旋轉運動也是一個自由度，因此，一個空間物體總共具有六個自由度。
⑵ 什麼是微型機器人
微機械學的興起——微型機器人在20世紀末的誕生
科學家曾經預言，20世紀最輝煌的科學領域將是微世界。微小的機械開創了一個全新的科學領域，微型機器人因此成為了人類的寵兒。那麼，什麼樣的機器人可以被稱為微型機器人呢？在20世紀80年代，日本東京大學教授林輝提出了一個定義：1毫米至10毫米的機械被稱為小型機械，10微米至1毫米的機械被稱為微型機械，而10納米至10微米的機械則被稱為超微型機械，它們統稱為微型機械。
微型機器人的體積可以小到微米級別，甚至亞微米級別，重量輕至納克，加工精度可以達到微米或納米級別。日本一家名為一差寬哪的公司已經用微型零件組裝了一輛能開動的微型汽車，其大小僅相當於一顆米粒，而其靜電馬達的直徑只有1-2微米。這家公司還製造了一種能開動的微型車床，其大小隻有普通車床的萬分之一；此外，他們還製造了直徑僅為5.5毫米的人工智慧尺蠖。據悉，這種人工智慧尺蠖將來有可能在核電站的復雜管道中爬行，尋找管道的裂縫。
德國微型技術研究所的物理學家沃爾夫岡·埃菲爾德已經研製出了一架雙引擎直升機，其重量不到0.5克，能夠向空中升起130毫米。這種直升機的高性能微型馬達功率為1瓦，每分鍾轉速可達10萬轉，而其大小卻只有削尖的鉛筆尖那麼大。這種尺寸只有黃蜂大小的直升機雖然離實際應用還有很長的路要走，但它令人信服地展示了極其微小的微型馬達最終將能夠用來驅動電子顯示器、手錶、微型計算機、激光掃描器和微型外科手術器械等。
然而，要製造微型機器人，傳統的工業技術已經不再適用。構成微型機械的必須是非常小的零件，而製造這樣的零件需要全新的材料、加工方法和組裝技術。美國得克薩斯儀器公司利用製造矽片的蝕刻工藝來製造尺寸極小的微電子機械繫統——MEMS。MEMS技術是一種集成電路微細加工技術，它將驅動器、傳動裝置、感測器、控制器、電源集成於幾立方毫米的多晶矽片上，因此能夠獲得機電一體化的微型機械。一些MEMS的雛形已經在美國、日本、德國獲得廣泛應用。
微型機械的可靠性和堅固程度非常驚人。美國的貝爾實驗室將一輛微型機械震動了20億次，而它卻毫發無損，因為它的重量非常輕，就像將紙屑摔向地面一樣，不會受到損壞。
微型機器人的神奇前景引起了科學家的高度關注和濃厚興趣，因此一門新興學科——微機械學也就應運而生。1991年10月，日本投資1.7億美元研製出了一種微型潛艇狀的膠囊，內裝袖珍機器人。這種膠囊的直徑僅為8.5毫米，像一艘小潛艇。若被吞入胃中，它能觀察和分析胃部情況，醫務人員可以通過遙控指揮，操縱膠囊內的電腦程序進行工作，遇到病灶還可以進行治療。完成治療任務後，膠囊會隨糞便排出，對人體毫無損害。
日本還生產了一種直徑僅為5毫米的微型導管，尾部裝有攝影機和激光機，管內裝有機器人。這種導管可以從皮膚插入血管，也可以插入膽囊或胰臟。機器人進入人體後，可以通過攝影機將人體內的狀況清晰地顯示在電視屏幕上，供醫生作出正確診斷；體內的機器人也可以直接用於治療。
日本東京大學工學部的肥健純教授等人研究出了一種可以進入人腦進行手術的機器人。實際上這是一支小小的針，針上裝有小型激光手術刀和能吸收組織的裝置。手術時，通過觀看X線和CT成像的合成立體頭部圖像，確定手術部位以及進針的角度和深度，針進入合適位置後，在計算機的控制下開始手術。這台設備1994年已開始臨床應用。
為了確保手術安全，美國眼外科醫生查爾斯與一實驗室合作，於1996年研製出一個防止手術時手顫抖的機械繫統，設計出代替人手動作的機器人。當醫生移動操縱桿1厘米時，機械手術刀則只移動1毫米，使得手術動作細微精確，還可避免意外事故的發生。查爾斯當時預計，這種手術刀在兩年內可望投放市場。
美國明尼蘇達大學的波拉研製的一個裝置，能在血管中行走，能在人體血液中輸液，還可以連續地在血液中監測糖尿病人的葡萄糖濃度，並將胰島素輸送給患者。在匹茲堡的卡內塞基梅隆大學，有人發明了一個微葉輪，它可應用於動脈粥樣硬化患者體內。它的葉輪刀片比頭發絲還細，被放置在人體血液中時，血液流動，葉輪就旋轉。
能進入人體的各種微型機器人，已經微小到令人難以置信的程度；它們在醫學上所起的作用，是半個世紀以前的人所無法想像的。