自适应机器人手爪的研究现状与未来

自适应机器人手爪的研究现状与未来

机器人手爪(或抓持器)类似于人手，依靠一对能够抓取各种物体的末端抓手，机器人可以完成许多任务。通用手爪广泛应用于机器人领域。它可以暂时将机器人与物体连接起来，并在适当的时候释放。它是机器人与外界交互的重要终端，广泛应用于工业自动化领域。

在手爪研究领域，除工业手爪外，还有三种研究：仿人机器人手、仿生机器人手和自适应欠驱动机器人手，每种都有各自的优缺点。

机器人手爪的形状不一定像人，机器人的手也不一定是根据人手的形状设计的。机器人的功能是抓取。上述灵巧多指手是研发机器人的一条“捷径”。机器人手爪模仿人手，还有其他方法，只要能达到抓物的效果。比如模仿生物的“手”。

动物与外界互动、触摸物体的不同部位，都可以看作是动物的“手”。因此，从生物学中获得灵感，就可以诞生具有仿生学意义的仿生机器手，也称特种机器人手爪。章鱼状触须模仿生物的灵活性，适合抓取圆柱形物体，但对其他异形物体的抓取能力有限。一种仿蜥蜴舌头手爪，以水为介质，以气动力为驱动源，将弹性膜与内部活塞、弹簧等结合在一起。实现一种新的具有吸盘效应和被动手指生成效应叠加的通用手爪。该夹持器适用于夹持小物体和扁平物体，但对于尖锐较高的物体，夹持效果受变形程度限制，夹持力较小。另外，抓取也存在时间延迟、抓取效率低、噪音大、能耗高等问题。

科学技术的发展，欠驱动手应运而生。欠驱动手使用少数几个电机驱动多个关节，其中白色自适应欠驱动手可以自适应抓取，受到许多研究者的青睐，一些新型欠驱动手被开发出来，其中扁平夹钳自适应手是最好的一种。目前，测量机器人手还没有统一的定量比较标准，一般根据抓取物体的种类、抓取物体的过程和结果(抓取方法)、抓取的适用场合、抓取装置的设计、制造和维护成本、抓取装置的弱点或不足等进行综合比较。

由于抓取对象的多样性以及抓取原理和方式的不可预测性，产生了很多抓手。为了抓取杂乱的物体，一次抓取多个物体，开发了一种手爪，看起来很简单，但是效果很好。手爪只有三个手指，每个手指中间没有关节，手指和手掌之间只有一个关节存在。实验证明，该手爪易于控制，可以一次无序抓取多个物体。它的缺点是刚性手指很难抓取表面摩擦力小、重量大的物体。

自适应机器人手爪有两套伸缩管阵列，每根杆相互平行，长杆由物体推动以适应物体的形状，两套伸缩管由液压驱动闭合或分离，从而实现对物体的抓取。缺点是：抓握有方向性，不能多方向抓握。当该装置对目标物体施加抓取力时，只能跟随两组伸缩管的折叠方向。不能抓超过宽度的长物件。当目标物体的长度方向与抓取方向一致，且目标物体的长度超过装置的宽度时，两组伸缩杆的闭合不会抓取目标物体。

传统的机器人手被设计成模仿人手的多指装置。它们可以抓取多种物体，但结构复杂，控制程序繁琐，成本昂贵。没有手指的特殊手，比如吸盘手，适应范围相当有限。为了降低成本，通用夹持器由两个相对运动的部件制成，以便最简单地实现夹持和释放功能。

这种方法结构简单，成本低，能抓取一定形状的物体，但不能适应更多形状的物体，适应性不高。在分析国内外自适应机器人手爪研究成果及其特点和不足的基础上，认为增加手爪的适应性是一个突出的问题。机器人手爪的未来发展趋势：手爪小型化、轻量化，而抓取重量大大增加；提高了自适应抓取不同形状和大小物体的能力，抓取稳定，成功率高；可同时抓取多个物体，适应性好；结构简单，成本低；易于控制，抓取过程中检测物体的形状和大小，控制抓取方案的难度较小。