BOB半岛在过去的十多年里，空中作业机器人在高空工作区作业的能力快速发展，尤其在检查和维护等任务中，带来减成本和降风险的好处。不难发现BOB半岛，空中作业搭载的机械臂BOB半岛，往往有质量轻、强度高、响应快、精度高等方面的特点BOB半岛。除此之外，设计机械臂时我们还需要掌握一些相关设计知识BOB半岛。接下来，我们浅谈下在设计无人机搭载的机械臂需要了解的背景知识。

　　首先，来了解两个专业术语：灵巧度（Dexterity）和顺应性（Compliance）[2]。

　　人们为了对机械臂的运动学性能进行定量分析，引入了灵巧度的概念，习惯上采用雅可比矩阵的条件数作为度量指标进行定量分析机械臂的灵巧度。机械臂的关节数目以及运动学通常根据任务所需要的灵巧度进行设计，从而得到任务所需机械臂的最小重量和关节的最小数目。

　　所谓顺应是指机器人对外界环境变化适应的能力，分为主动顺应和被动顺应。由于空中作业机械臂在与环境进行交互时，其动态耦合产生的力可能会影响空中作业平台的稳定性。特别在室外环境下，飞行操作具有很多的不确定性。所以需要考虑空中作业机器人的顺应特性。

　　在设计空中作业的机械臂时，虽然需要考虑足够的灵巧度来完成任务。比如，在需要末端与环境进行定位和定向的任务时就需要设计冗余和超冗余机械臂[3]。但是，机械臂关节数目增加往往会带来新问题。最明显的，空中作业平台的有限载荷容量（Payload Capacity）和飞行时间（Flight Time）均会减少。所以在设计机械臂时，我们需要根据任务从有效载荷重量、灵巧度水平、平台可承受载荷等方面来考虑[1]。

　　由于有的任务需要操作灵巧，这就需要考虑机械臂关节的数目。如末端进行定位或定向的机械臂进行插入和装配任务；

　　当用户或应用程序要求使用特定的空中平台，这就限制了机载系统的重量和有效载荷容量受最大起飞重量。如由于安全原因，可能会规定空中作业机器人的最大总重量或最大尺寸。

　　而引入顺应性，可以通过惯性、阻尼和刚度为特征将机械臂的位置偏差与外力联系起来，会更大程度使设计变得安全。在实际设计时，我们主要通过机械结构[4]和软件控制[5]进行实现。采用机械结构时，往往直接在机械臂的关节或连杆中引入弹性元件。当施加力超过标准范围时，就有发生明显变形BOB半岛。但是，大多数的机械臂都会使用集成精确力/力矩传感器用以控制明显的阻抗变化，如KUKA、Universal Robots和ABB等[1]。Seville大学学者就曾结合机械和软件控制这两种实现方式设计的轻质双臂，可以防止机械臂因冲击或过载而损坏[6]。

　　在过去的十多年，空中作业机器人搭载机械臂种类逐渐丰富，如图5所示。面对多种多样的机械臂，我们在设计时应该怎样选择机械臂构型？下面我们来简单了解下，如何去选择机械臂设计构型。

　　绝大部分情况下，人们会选择单臂形式的空中机器人，但也会有少部分人会选用双臂，甚至三臂。双臂系统的灵巧度和作业能力可以使其完成单臂无法完成的任务，这个时候就要选择双臂系统进行设计。比如，在抓取操纵杆或管等长物体、转动阀门[7]、合作装配等工作时，双臂就要比单臂更方便。值得一提的是，多臂系统增加了有效载荷容量，扩展了空中作业机器人的有效工作空间，并且多个臂形成的反作用力矩会互相抵消。但是，引入反作用力矩时，往往会采用一些传动机构，这时就需要重心位置靠台底部去减少惯性的影响。比如，delta机械臂就采用了并联机构来减少惯性带来的影响，需要注意的是，delta机械臂与串联机械臂比起来，其工作范围会大大减少。在涉及与表面力相互作用任务时，需要设计带有单连杆和线性执行器的机械臂。在考虑机械臂和平台之间距离增加的任务时，通常会引进长距离双臂，并且底部多采用被动关节，这样可以保证接近目标物时可以提高操纵任务的安全性。

　　在文章中，我们介绍了空中作业机器人的灵巧度和顺应性以及二者在设计空中作业的机械臂的应用，还简单介绍如何选择机械臂的设计构型。当然，随着任务的多样化和复杂化，空中作业机器人的形式绝不会限于以上所讲，我们需要带着发展的眼光去看待这一新兴产物。空中作业，未来可期，让我们拭目以待吧！