机械臂是一种机械装置，旨在执行类似于人手臂的任务，通常具有可编程的控制和精度。 它通常由多个通过关节连接的段组成，允许多个方向（自由度）的运动。 这些手臂通常用于工业自动化、医疗程序和研究。 例如，在制造业中，机械臂通过焊接零件或喷涂表面来组装汽车，而在外科手术中，它们有助于在微创手术期间进行精确的运动。 核心组件包括执行器（用于运动的电机或液压系统）、传感器（用于检测位置或力）、控制器（用于处理命令）和末端执行器（连接到手臂尖端的夹具或相机等工具）。
机械臂的功能依赖于其控制系统和运动学。 控制器执行已编程的指令，将高级命令（例如，“移动到坐标 X,Y,Z”）转换为执行器的信号。 这涉及求解运动学方程——例如逆运动学，它计算将末端执行器定位在目标位置所需的关节角度。 例如，如果机械臂需要拿起一个物体，控制器会确定每个关节应如何旋转或伸展以使夹具与物体对齐。 编码器或扭矩传感器等传感器提供实时反馈，从而实现闭环控制以调整误差，例如滑动或意外障碍。 开发人员通常使用 ROS（机器人操作系统）等框架或制造商提供的 API 对这些系统进行编程，集成路径规划和避障逻辑。
实际应用突出了机械臂的多功能性。 在仓库中，配备真空夹具的手臂通过识别条形码并将物品放置在传送带上来对包裹进行分类。 在实验室中，它们可以自动执行重复性任务，例如将液体吸入试管中。 自定义末端执行器扩展了它们的用途：3D 打印喷嘴可以将手臂变成增材制造工具，而相机模块可以对产品进行可视化检查。 这些用例的基础是手臂结合了精度、可重复性和适应性的能力。 对于开发人员来说，集成机械臂通常涉及编写脚本来定义运动轨迹、校准传感器输入以及测试安全协议，以确保在动态环境中可靠运行。