六轴机器人和七轴机器人在设计、功能和应用场景上存在明显区别。六轴机器人是工业机器人的传统架构，而七轴机器人则在多自由度和灵活性方面进行了增强。
本文将在理解这两者的区别以及为何六轴机器人仍然是市场主流，从多个方面进行深入解读六轴和七轴区别：
- 六轴机器人和七轴机器人区别
- 为什么六轴机器人当前仍然是工业应用主流？
- 七轴机器人的逐渐增长的市场需求在哪里？
- 为什么在人工智能算法加持下的具身智能方向，七轴机器人会逐渐成为主流？
- 六轴机器人和七轴机器人区别
1. 轴的定义与操作自由度
六轴机器人具备六个自由度，每个关节提供一个独立的旋转角度。这使得机器人可以完成复杂的三维空间运动，适应多种工业应用，如搬运、焊接、喷涂等。六个自由度足以覆盖大多数常见的操作任务，因此它被广泛采用。
典型六轴机器人
七轴机器人多了一个自由度（通常是在手臂的肘部或肩部处增加一个旋转关节）。这个额外的轴让机器人可以绕开障碍物或更灵活地调整姿态，从而提高机器人在狭小或复杂环境中的适应性。
Franka七轴机器人自由度表示
2. 灵活性与应用场景
六轴机器人能够执行复杂的运动轨迹，并且已经在工业应用中充分证明了其灵活性。它们通过特定的关节配置，可以实现广泛的任务。然而，六轴机器人在某些特定场景下（如空间受限或需要规避障碍的任务）可能存在操作局限性。
典型六轴机器人
六轴机器人固定工位，善于重复性产线操作
七轴机器人因为额外的关节，具备更多的运动自由度，允许它们在同一个姿势下以不同的路径完成任务。这种灵活性非常适合高要求的场景，如医疗手术、组装精密设备或在狭小的工作区域进行复杂的任务。这种优势通常在特定场景下显得特别明显。
分体式腔镜种七轴力控机器人（FRNAKA）柔性操作
3. 成本与复杂性
六轴机器人由于已经经过长期的标准化和规模化生产，具备成本优势。其设计相对成熟，制造和维护成本低。因为它们已经在大量的应用中证明了可靠性，企业选择六轴机器人通常能获得较高的性价比。
七轴机器人的复杂性更高，额外的关节增加了机械和控制系统的复杂度。这不仅提高了制造成本，还增加了对运动控制的要求。多出一个轴意味着控制系统必须处理更多的运动数据和调节机制，从而提升了编程难度和使用成本。
4. 控制系统与算法
六轴机器人的运动控制已经有成熟的软件支持，其编程相对简单，适合大部分常见的工业任务。大多数企业有现成的六轴机器人编程平台和开发经验，容易上手和部署。
六轴机器人关节表述
七轴机器人虽然提供了额外的灵活性，但编程相对复杂，因为多出来的自由度需要更精准的路径规划和运动控制。这对开发者和技术人员提出了更高的要求，需要更强大的编程和控制能力。
七轴机器人关节表述
逆解区别：
一般六轴机械臂的一个末端姿态会对应几组不同的逆解。但是，这几组逆解在构形空间内是离散分布的，一般情况下无法在保证末端位姿的情况下从一组逆解变换到另一组逆解。换句话说，让机器人末端走一条固定轨迹，如果两个点中间存在一些不可通过的点（障碍物，奇异点之类），那么六轴机械臂是无法完成这条轨迹的。
对于七轴机械臂的话，它多了一个冗余自由度，存在无数组在构形空间内连续的逆解，有可能在保证末端轨迹的同时避开奇异的和障碍物。七轴机器人在使用传统的D-H模型求逆解的话会得到无数个解，一般选择先给定多出来的大臂扭转关节的角度，再求解其余6个自由度，增加了计算的复杂性。但是在人工智能和算力足够的大模型时代，七轴机器人越来越发挥着其独特的优势，甚至期待的自由度更高，例如八轴，九轴。但是为什么不做八轴、九轴机械臂，答案简要回答是是七轴大部分情况下已经够用了，增加关节会降低刚度。
总之，七轴机械臂是兼顾柔性与刚度的一种构型。巧的是，人的手臂也是七自由度的。我们会在后面单独出一期文章：
人工智能爆发时代，为什么七轴机器人是神经网络训练、大模型生成等具身智能方向的首选？
2. 为什么六轴机器人当前仍然是工业应用主力军？
标准化与成熟度：六轴机器人技术相对成熟，市场上存在大量标准化的解决方案和产品。无论是汽车制造、电子产品装配还是其他自动化领域，六轴机器人都能满足需求。它们经过多年的应用，已经形成了强大的生态体系，配套的技术支持和服务网络完备。
六轴机器人标准化工业应用
成本效益：对于大多数工业应用场景来说，六轴机器人已经能够很好地完成任务，而无需增加额外的轴。虽然七轴机器人提供了额外的灵活性，但对于大多数标准的工业任务来说，六轴的自由度已经足够。因此，企业在考虑投资和成本时，通常选择性价比更高的六轴机器人。
3. 七轴机器人的逐渐增长的市场需求在哪里？
虽然六轴机器人是市场主流，但随着应用场景复杂化和个性化需求的增加，七轴机器人在特定领域逐渐显示出优势。例如：
- 复杂的协作任务：七轴机器人的多自由度让其更适合与人类协作，在人机共存环境中更灵活、安全。
七轴力控机器人善于解决复杂场景下的路径规划
- 狭小空间的操作：七轴机器人在受限空间的能力尤为突出，它们能够绕过障碍物进行操作，特别适合医疗手术、实验室自动化等领域。
Franka机器人医疗遥操作
- 柔顺控制：结合力控技术的七轴机器人，在需要高精度力控的任务中，如柔性装配或精密制造中，也展现出优势。
具身智能柔顺控制
4. 为什么在人工智能算法加持下的具身智能方向，七轴机器人会逐渐成为主流？
在具身智能时代，七轴力控机器人的重要性突出，因为它们能够更自然、精准地与物理环境互动，赋予机器人更强的灵活性、适应性和安全性。以下是我们需要使用七轴力控机器人的几个关键原因：
1. 柔顺性与灵活性
七轴设计相比传统六轴机器人多了一个自由度，允许机器人在复杂环境中以更自然的方式进行操作，尤其适合狭小空间或需要绕开障碍的场景。这个额外的轴赋予了机器人更加类人的操作能力，能够处理细腻的任务，如装配、手术等。
2. 力感知与精准控制
力控技术使机器人能够实时感知和调节施加的力量，这对于人机交互、安全性和精密任务至关重要。七轴力控机器人不仅能执行标准的路径规划，还能在接触物体时自主调整力度，避免损坏精密设备或产生危险的交互情况。它们能够在操作中感知微小的变化，并做出即时反应，体现了更高级的智能。
3. 适应未知和动态环境
具身智能需要机器人能够在动态、不确定的环境中执行任务，七轴力控机器人在这一点上表现出色。它们可以处理意外的外界干扰，比如在移动或碰撞时自动调整姿势和力量，使得任务的完成更加安全可靠。
七轴复杂环境适应性具有极大优势
4. 促进人机协作
在具身智能时代，人机协作越来越多，七轴力控机器人因其卓越的感知能力和运动灵活性，可以更安全地与人类协同工作。力控系统使机器人能与人类共享工作空间，而无需担心误伤或意外碰撞，从而推动协作效率和工作安全性。
因此，七轴力控机器人不仅提升了机器人的操作精度，还极大增强了机器人在复杂、动态和不确定环境中的应对能力，是具身智能发展的理想工具。
