⑴ 怎么判断机械臂的自由度
机械臂按照其结构类型，可以分为多关节机械臂、直角坐标系机械臂、球坐标系机械臂、极坐标机械臂和柱坐标机械臂等种类。水平多关节机械臂通常包含三个主要旋转自由度，即Z1旋转、Z2旋转和Z移动。通过在末端执行器上增加X旋转和Y旋转，机械臂能够到达三维空间内的任意坐标点。直角坐标系机械臂由三个主要线性自由度组成，即X移动、Y移动和Z移动。如果在其执行终端安装X旋转、Y旋转和Z旋转，机械臂同样能够到达空间内的任何位置。这些机械臂的驱动方式主要包括液压驱动（使用液压缸来驱动运动）、气动驱动和电机传动。
下面将根据不同类型的机械臂，探讨其自由度的结构。
1. 太空机械臂
太空机械臂分为舱内和舱外两大类。舱外机械臂的长度可以从几米到几十米不等，根据不同的任务需求，其自由度可以从5个到10个不等。通过利用机械臂的定位功能，以及不同类型手爪的应用，可以完成对航天器内外的拾取、搬运、定位和释放等任务。
2. 工业机器人机械臂
在工业机器人领域，设计的机械臂通常具有6个自由度。前三个自由度用于确定位置，后三个用于确定姿态，共同实现机械臂的控制。这六个自由度分别是：沿X轴平移、沿Y轴平移、沿Z轴平移、绕X轴旋转、绕Y轴旋转和绕Z轴旋转。在工业应用中，通过与工件底面、侧面和后侧面的三个基准面重合，分别限制工件沿Z轴平移、绕X轴旋转、绕Y轴旋转、沿X轴平移和绕Z轴旋转五个自由度，最终实现对工件的精确操作。
3. 手术机器人机械臂
医疗领域中的手术机器人机械臂需要极高的精度，以确保在手术过程中的平稳和快速响应。手术机器人的机械臂结构需要根据手术环境进行调整，以满足不同的手术需求。例如，达芬奇外科手术机器人系统中的每个机械臂具有7个自由度，其中包括每个微型工具的4个独立自由度和机械臂提供的3个自由度，使得工具末端具有总共7个自由度，从而提供了高度的灵活性。
总的来说，随着机械臂自由度的增加，其运动灵活性也会提升。然而，自由度并非越高越好。专用机械臂通常只有2到4个自由度，而通用机械臂多数为3到6个自由度（不包含手指抓取动作）。要判断机械臂的自由度，可以通过考虑其在X、Y、Z三个轴上的轴向运动，以及围绕这些轴的旋转运动。每个轴向运动算作一个自由度，每个旋转运动也是一个自由度，因此，一个空间物体总共具有六个自由度。
⑵ 什么是微型机器人
微机械学的兴起——微型机器人在20世纪末的诞生
科学家曾经预言，20世纪最辉煌的科学领域将是微世界。微小的机械开创了一个全新的科学领域，微型机器人因此成为了人类的宠儿。那么，什么样的机器人可以被称为微型机器人呢？在20世纪80年代，日本东京大学教授林辉提出了一个定义：1毫米至10毫米的机械被称为小型机械，10微米至1毫米的机械被称为微型机械，而10纳米至10微米的机械则被称为超微型机械，它们统称为微型机械。
微型机器人的体积可以小到微米级别，甚至亚微米级别，重量轻至纳克，加工精度可以达到微米或纳米级别。日本一家名为一差宽哪的公司已经用微型零件组装了一辆能开动的微型汽车，其大小仅相当于一颗米粒，而其静电马达的直径只有1-2微米。这家公司还制造了一种能开动的微型车床，其大小只有普通车床的万分之一；此外，他们还制造了直径仅为5.5毫米的人工智能尺蠖。据悉，这种人工智能尺蠖将来有可能在核电站的复杂管道中爬行，寻找管道的裂缝。
德国微型技术研究所的物理学家沃尔夫冈·埃菲尔德已经研制出了一架双引擎直升机，其重量不到0.5克，能够向空中升起130毫米。这种直升机的高性能微型马达功率为1瓦，每分钟转速可达10万转，而其大小却只有削尖的铅笔尖那么大。这种尺寸只有黄蜂大小的直升机虽然离实际应用还有很长的路要走，但它令人信服地展示了极其微小的微型马达最终将能够用来驱动电子显示器、手表、微型计算机、激光扫描器和微型外科手术器械等。
然而，要制造微型机器人，传统的工业技术已经不再适用。构成微型机械的必须是非常小的零件，而制造这样的零件需要全新的材料、加工方法和组装技术。美国得克萨斯仪器公司利用制造硅片的蚀刻工艺来制造尺寸极小的微电子机械系统——MEMS。MEMS技术是一种集成电路微细加工技术，它将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源集成于几立方毫米的多晶硅片上，因此能够获得机电一体化的微型机械。一些MEMS的雏形已经在美国、日本、德国获得广泛应用。
微型机械的可靠性和坚固程度非常惊人。美国的贝尔实验室将一辆微型机械震动了20亿次，而它却毫发无损，因为它的重量非常轻，就像将纸屑摔向地面一样，不会受到损坏。
微型机器人的神奇前景引起了科学家的高度关注和浓厚兴趣，因此一门新兴学科——微机械学也就应运而生。1991年10月，日本投资1.7亿美元研制出了一种微型潜艇状的胶囊，内装袖珍机器人。这种胶囊的直径仅为8.5毫米，像一艘小潜艇。若被吞入胃中，它能观察和分析胃部情况，医务人员可以通过遥控指挥，操纵胶囊内的电脑程序进行工作，遇到病灶还可以进行治疗。完成治疗任务后，胶囊会随粪便排出，对人体毫无损害。
日本还生产了一种直径仅为5毫米的微型导管，尾部装有摄影机和激光机，管内装有机器人。这种导管可以从皮肤插入血管，也可以插入胆囊或胰脏。机器人进入人体后，可以通过摄影机将人体内的状况清晰地显示在电视屏幕上，供医生作出正确诊断；体内的机器人也可以直接用于治疗。
日本东京大学工学部的肥健纯教授等人研究出了一种可以进入人脑进行手术的机器人。实际上这是一支小小的针，针上装有小型激光手术刀和能吸收组织的装置。手术时，通过观看X线和CT成像的合成立体头部图像，确定手术部位以及进针的角度和深度，针进入合适位置后，在计算机的控制下开始手术。这台设备1994年已开始临床应用。
为了确保手术安全，美国眼外科医生查尔斯与一实验室合作，于1996年研制出一个防止手术时手颤抖的机械系统，设计出代替人手动作的机器人。当医生移动操纵杆1厘米时，机械手术刀则只移动1毫米，使得手术动作细微精确，还可避免意外事故的发生。查尔斯当时预计，这种手术刀在两年内可望投放市场。
美国明尼苏达大学的波拉研制的一个装置，能在血管中行走，能在人体血液中输液，还可以连续地在血液中监测糖尿病人的葡萄糖浓度，并将胰岛素输送给患者。在匹兹堡的卡内塞基梅隆大学，有人发明了一个微叶轮，它可应用于动脉粥样硬化患者体内。它的叶轮刀片比头发丝还细，被放置在人体血液中时，血液流动，叶轮就旋转。
能进入人体的各种微型机器人，已经微小到令人难以置信的程度；它们在医学上所起的作用，是半个世纪以前的人所无法想象的。