為了執(zhí)行涉及移動或處理對象的任務(wù)，機器人應(yīng)根據(jù)這些對象的屬性和它們周圍的環(huán)境迅速調(diào)整其抓握和操縱策略。到目前為止，大多數(shù)已開發(fā)的機械手都具有固定的限制結(jié)構(gòu)。因此，它們只能執(zhí)行有限的運動，并且只能抓住特定類型的對象。

科技大學的研究人員最近開發(fā)了一種機械指尖，該指尖可以改變其形狀并可以在三種不同的配置之間切換，從而可以抓握更多種類的物體。在今年的IEEE自動化科學與工程國際會議(CASE)上發(fā)表的一篇論文中概述了這種指尖的獨特設(shè)計，其靈感來自日本著名的折紙藝術(shù)折紙。

兩位從事這項研究的研究人員Kanzicheng和Zhang Yazhan Zhang通過電子郵件告訴TechXplore：“我們的研究受到當前研究和工業(yè)應(yīng)用中兩個常見觀察的啟發(fā)。” “第一個涉及在過去的研究中開發(fā)的平行夾具，這可能有助于實現(xiàn)工業(yè)自動化。這些夾具需要精心選擇的抓取點，否則可能無法實現(xiàn)靜態(tài)平衡。”

幾十年來，研究人員一直在嘗試開發(fā)技術(shù)來控制機械手的抓握姿勢。但是，大多數(shù)現(xiàn)有方法都有明顯的局限性，使它們無法很好地在不同對象之間進行概括。Kan，Zhang及其同事進行的這項研究的首要目標是開發(fā)一種指尖，該指尖可以輕松控制并且可以執(zhí)行各種姿勢。

坎和張說：“過去另一個啟發(fā)我們研究的發(fā)現(xiàn)是，要獲得穩(wěn)定的抓地力，工程師必須設(shè)計一個固定在平行夾具上的專用夾具，以進行操縱，例如拾取和放置等。” “如果將裝配線上的項目更改為不同的形狀，這將很麻煩，這將導致手動更換夾持器的效率低下。我們創(chuàng)建的變形指尖可以幫助減輕或克服這一問題。”

Kan，Zhang及其同事創(chuàng)建的機器人指尖設(shè)計基于他們先前研究中介紹的其他機器人結(jié)構(gòu)。例如，在2019年，研究人員創(chuàng)建了一個折紙啟發(fā)的，扁平指尖的整體式軟抓手。盡管此抓手也可以變形和改變形狀，但由于指尖的平坦度和柔軟度，其在有效載荷和靈巧性方面的性能很差。

坎和張說：“我們小組的一名博士生宋浩然先生以前也曾發(fā)表過一篇關(guān)于接觸面聚類的論文，展示了代表主要局部幾何形狀的三種典型接觸原語。” “這些安裝在平行夾具上的指尖已在不同的物體上進行了測試，表明抓握的可行性和穩(wěn)定性。本文啟發(fā)我們設(shè)計了一種變形指尖，其形態(tài)結(jié)構(gòu)在三個接觸原語中。”

由科學技術(shù)大學的Kan，Zhang及其同事開發(fā)的基于折紙的新形狀變形指尖具有兩個主要組成部分：柔軟的折紙骨架(用作指尖的變形表面)和運動驅(qū)動的四連桿機構(gòu)作為驅(qū)動和傳輸機制。

研究人員在指尖的中央放置了一個球形接頭，以實現(xiàn)三維自由旋轉(zhuǎn)并支撐頂表面。此外，他們使用伺服電機(即一類旋轉(zhuǎn)致動器)來獨立控制放置在軟折紙骨架上的四個葉片小面。

坎和張解釋說：“通過在每個葉片小面上使用不同姿勢的組合，可以針對不同的抓握模式實現(xiàn)多種配置，例如凸形，凹形和傾斜平面模式。” “這些模式可以通過我們的運動學模型進行模擬和預(yù)測。”

研究人員評估了他們的指尖在有效抓握機器人必不可少的動作上可以實現(xiàn)的三種變形模式。例如，他們測試了凸出模式在進行樞轉(zhuǎn)和捏緊抓握，凹入模式用于進行力量抓握以及傾斜平面模式在手操作和重新定向方面的有效性。

總體而言，他們發(fā)現(xiàn)，他們開發(fā)的指尖具有許多有利的特征，包括能夠根據(jù)手頭的任務(wù)在不同的變形圖元和抓握模式之間以及在穩(wěn)定和靈巧的抓握模式之間快速移動的能力。指尖的配置可通過其使用的運動學模型進行有效地仿真和指導。

坎和張解釋說：“我們提出了一種新的解決方案，以適應(yīng)機器人抓握的適應(yīng)性和靈巧性的要求，該解決方案可在學術(shù)和工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，而不會增加大量的額外費用。” “我們的設(shè)計可以為將來嘗試使用緊湊，可控和變形的指尖解決這些問題的作品提供參考。”

將來，由Kan，Zhang和他們的同事設(shè)計的變形指尖可以集成到許多現(xiàn)有和新開發(fā)的類人機器人上。由于它的成本相對較低(即制造成本約為5美元，不包括控制板)，因此可以幫助實現(xiàn)流水線工藝的自動化，從而降低了根據(jù)現(xiàn)有夾持器能夠不斷改變產(chǎn)品形狀而產(chǎn)生的成本操作。

盡管由這組研究人員創(chuàng)建的指尖取得了令人鼓舞的結(jié)果，但在將其商業(yè)化之前，仍然需要解決許多問題并進行測試。例如，目前，其實際性能與運動學模型所做的預(yù)測之間存在差異，Kan，Zhang和他的同事計劃通過稍微改變其設(shè)計和制造過程來解決其未來的工作。

坎和張說：“我們計劃在未來的研究中重點關(guān)注的另一個領(lǐng)域是小型化，它使用較小的電動機和更緊湊的結(jié)構(gòu)，以便指尖可以輕松地集成在機器人的手上。” “此外，目前，該結(jié)構(gòu)在變形方面采用開環(huán)控制策略。傳感在實際應(yīng)用中對于強大的末端執(zhí)行器起著重要作用，因此我們將來還將嘗試增加此功能。”

標簽： 機器人指尖