5.1 机械臂结构分析

4自由度机械臂设计

本系统采用4自由度机械臂结构，这种设计在灵活性和复杂度之间取得了良好平衡。机械臂的四个自由度分别为：

1. 基座旋转关节（0-180°）：控制整个机械臂的水平旋转
2. 肩关节（0-90°）：控制大臂的俯仰运动
3. 肘关节（0-120°）：控制小臂的俯仰运动
4. 腕关节（0-180°）：控制末端执行器的方向

工作空间分析： 机械臂的工作空间是一个半球形区域，半径约30cm，高度范围15-45cm。这种设计特别适合地面网球捡拾任务，能够覆盖小车周围的大部分区域。

舵机选型与扭矩计算

机械臂采用数字舵机驱动，选型基于负载分析和运动需求：

扭矩计算示例（肩关节）：

所需扭矩 = (臂长 × 负载重量) + (关节重量 × 臂长/2)
          = (0.2m × 0.2kg) + (0.15kg × 0.1m)
          = 0.04Nm + 0.015Nm = 0.055Nm ≈ 5.6kg·cm

选择25kg·cm舵机提供足够的安全裕度。