机器人手爪的研究现状

机器人手爪的研究现状

对机器人的研究正在逐步深入，机器人的应用领域也在不断拓展。在这个阶段，机器人不再仅仅是搬运用的工业机器人，在这一阶段，正在开发用于危险环境作业的高科技机器人，可以说机器人是从电影中走出来的，而在机器人发展的过程中，机器人最关键的部件——机器人爪子也受到了非常重要的关注。目前，机器人手爪正在经历一个从简单到复杂，从笨拙到灵巧的过程，由于机器人手爪的重要性，国外一些发达国家已经成功研制出多种通用机器人手爪，大大提高了手爪的灵活性。

机器人不同于我们人类，由于机器人爪子的应用环境比人类多得多，所以机器人爪子的抓取程度、控制能力、适应能力和自主性已经成为机器人爪子设计水平的标准。性能好的机器人一般都能实现快速稳定的抓取动作，因此研究开发一种性能优良的机器人手爪是一个困难的课题，目前机器人手爪的主要研究内容包括以下几个方面：

每个机器人的体积和灵活度不同，所以机器人手爪的性能指标差别很大，造成这种情况的主要原因是机器人手爪的驱动方式和传动方式不同，一般爪子分为液压、电机、形状记忆合金等。根据驱动源产生驱动力，机器人的传动系统会将驱动力产生的力以一定的方式传递给机器人手爪。让它做相应的动作，传动系统的设计其实和驾驶员息息相关，虽然驱动源会影响机器人手爪的体积和重量，但手爪的抓取稳定性是由传动系统控制的。

根据传动和驱动方式，我们将机器人手爪视为连杆传动方式，手动驱动模式、欠驱动模式、形状记忆合金驱动模式和其他驱动模式。这里需要说明的是其他驱动模式；一般来说，手爪驱动器会通过螺纹将旋转转化为直线运动，并拉动驱动器和手指之间的弹簧来产生动作。每个手指的动作实际上是相互独立的，使得驱动更加灵活，但这种驱动模式使得机器人手爪的手指闭合时间过长。然后是机器人手爪非常复杂的部分，可以说，机器人手爪是整个机器人零件最多的地方，如果长时间关闭爪子的手指，可能会出现故障。

机器人之所以能够获取内外环境信息，主要来源是传感器。机器人只有提高自身的感知能力，才能获得超高的自主操作；传感器的发展主要是在传感器的配置上，然后是新型传感器的设计，传感器的集成，信息的融合。机器人手爪上的传感器配置主要是视觉传感器和距离传感器，因为视觉和距离感是机器人手爪最重要的信息。

目前困扰人们的智能机器人问题主要是环境和机器人自身模型的不准确造成的。这个问题给开发出来的机器人带来了很大的不确定性。随着科学技术的不断发展，人们逐渐找到了解决这个问题的方法，那就是开发智能传感系统，同时需要逐步提高机器人在相对复杂环境下的超感知能力。在目前的机器人开发过程中，开发机器人所需的感知和传感系统是非常关键的，因为感知和传感系统的开发可以使机器人在未知的复杂环境中工作。

大多数机器人手爪的形状与我们人类的手相似，这也是通过探索人类的抓握机制发展出来的。一些机器人开发了一种可以抓取任何形状物体的手爪，可以有效地完成许多抓取任务，然而，目前机器人手爪的多指协调操作和相应的控制技术还不能满足一些精细操作的需要，也就是说，机器人手爪的实用性还很欠缺。分析多指抓取的细微运动与力之间的作用，实际上是研究机器人抓取的稳定性。

目前，把机器人手爪分为拟人爪和非拟人爪。拟人手爪主要是根据人手的形状开发的；人有一双非常灵巧的手，是经过几千年的进化逐渐形成的，人的手结构非常紧凑，在抓东西和操作东西时极其灵活；目前，多指灵巧手已经研制成功。这种手主要用于为失去双臂的人安装假肢，虽然这种手的灵活性很差，但对于失去双臂的人来说，这是一种希望。中国最早研制的手是著名的张启生院士，当时研制的机械手功能比较简单，但填补了国内机器人手爪研究的空白。

研究机器人手爪的目的是方便人们的生活，其关键在于安全性和高智能性。安全可靠性主要是进一步保证机器人工作时的安全性和稳定性。此外，要求开发的机器人手爪能有效处理微小位置和角度偏差等问题，机器人手爪的智能化研究能有效提高机器人手爪的精度；机器人手爪的智能化研究，可以像我们人类用大脑控制手一样，有效降低出错的可能性。