轻松抓鸡蛋、剪纸、夹芯片，这只“机械爪”堪比人手( 二 ) 文丨学术头条

通过对现有机器手方案的分析，研究人员们得出结论，机器人手必须具备以下优势：灵活性、指尖力、可控性、鲁棒性、低成本、低维护和紧凑性。此外，所有部件应该都能嵌入到手本身中，并包括上述所有功能，由此开发一种集成连杆驱动的灵巧拟人机器手（ILDA）。

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图｜ILDA概述，配置包括五个带指尖传感器的机器人手指、集成执行器的手掌侧以及控制器和附件等（来源：NatureCommunications）
新的方案通过并联和串联机构的融合构建，通过连杆组合实现掌指关节（MCP）的2自由度运动和近端指间关节（PIP）的1自由度运动，可发挥每个关节作用的小零件的选择、零件放置和配置，以实现所需的自由度运动和驱动角度，以及高效的动力传输结构，以获得高指尖力及其后驱动能力。通过将六轴力/扭矩（F/T）传感器连接到指尖，可确保手的力感应能力。利用所设计的手指，研究人员开发出一种具有15个自由度和20个关节的五指机器手。

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图｜机器人手指的结构（来源：NatureCommunications）
在实际应用中，它是通过解决电路板布局和布线问题来构建的，确保了电子设备的紧凑性。所有电机都集成在手掌中，有五个手指和指尖传感器，可以通过简单的连接配置轻松地连接到一般机器人手臂上。
在实验中，这个全新的机器手能抓取各种形状物体的可能性，提供强大的抓取力，并确保抓取时的精细度。最后，通过使用剪刀剪纸和用镊子拾取小物件的试验，验证了手的高利用率，复制了日常生活中人手执行的工具操作。

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图｜ILDA机器手灵活抓握能力（来源：NatureCommunications）
性能再上新台阶
【轻松抓鸡蛋、剪纸、夹芯片，这只“机械爪”堪比人手】研究人员对ILDA机器手性能进行了一些分析。在连杆驱动机构方面，设计的关键在于实现一个连杆驱动的机器人手指机构，该机构具有类似人类手指的3自由度运动，具有窄手指大小的工作空间，以确保机器人手的灵巧性。
大多数连杆驱动的机器人手指只实现了两个关节从属的1或2自由度运动，通过三个棱柱关节处的线性位移，研究人员开发了手指3自由度运动的组合，通过旋转电机和滚珠丝杠的组合产生三个线性位移，三个电机可以同时产生三自由度运动并产生高力输出。

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图｜机器手指机构的运动学结构（来源：NatureCommunications）
为实现所设定的目标需求，研究人员主要考虑以下因素：（1）选择和配置合适尺寸的零件以实现所需的自由度运动：在手指形状的狭窄空间中实现上述运动学模型的功能，应在模型的配置中适当安排。因此，从设计角度选择合适尺寸的小部件非常重要。（2）高效的动力传输结构，最大限度地减少装配零件之间的摩擦。为了获得较高的指尖力，需要一个紧凑的结构，同时最小化动力传输部分的摩擦力。（3）易于制造和组装。为了提高已开发机械手的市场渗透率，从成本和维护方面对其进行评估也很重要。因此，设计一种简单、鲁棒的机械手结构是非常重要的。

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