機(jī)器人手執(zhí)行多項(xiàng)與人手相似的驚人功能，因此在執(zhí)行的任務(wù)方面具有很高的靈活性。然而，在保持人類水平的靈巧性和抓握力等重要功能的同時(shí)，開發(fā)沒有額外驅(qū)動(dòng)部件的集成手是具有挑戰(zhàn)性的。驅(qū)動(dòng)部件很難將這些手集成到現(xiàn)有的機(jī)械臂中，從而限制了它們的適用性?；谶B桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，開發(fā)了一種集成連桿驅(qū)動(dòng)的靈巧擬人機(jī)械手ILDA手，它集成了驅(qū)動(dòng)和傳感所需的所有部件，具有很高的靈巧性。它具有以下特點(diǎn)：15自由度（20個(gè)關(guān)節(jié)），指尖受力34N，體積小（最大長度：218mm）無附加部件，重量輕1.1kg，和觸覺感知能力。涉及日常生活中使用的工具的實(shí)際操作任務(wù)是通過安裝在商用機(jī)器人手臂上的手來執(zhí)行的。演示表面該靈巧手可完成握剪刀剪紙和用鑷子轉(zhuǎn)移芯片等復(fù)雜人手動(dòng)作。

 

　　隸屬于韓國多個(gè)機(jī)構(gòu)的一組研究人員開發(fā)了一種具有與人手相似的能力的機(jī)器人手。在他們發(fā)表在《Nature Communications》雜志上的論文中，該小組描述了他們?nèi)绾卧诒３质值某叽绾椭亓孔銐虻鸵赃B接到機(jī)器人手臂的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高水平的靈巧性。

 

　　圖 1：ILDA 概述。a ILDA 手的配置，由五個(gè)帶有指尖傳感器的機(jī)器人手指、集成執(zhí)行器的手掌側(cè)以及控制器和附件組成。b 帶蓋子的 ILDA 手。c 易于將 ILDA 手連接到開發(fā)的機(jī)械臂。d 使用ILDA手進(jìn)行的抓握和操作日常生活工具等動(dòng)作，表現(xiàn)出細(xì)膩而有力的抓握。引用自DOI：10.1038/s41467-021-27261-0

 

　　創(chuàng)建機(jī)器人與靈活性，力量和靈活性的手人類的手是工程師，通常情況下，某些屬性被丟棄，使他人一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。在這項(xiàng)新的努力中，研究人員開發(fā)了一種基于連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)制的新型機(jī)器人手，使其能夠像人手一樣進(jìn)行鉸接。他們通過對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人手進(jìn)行調(diào)查并評(píng)估其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)來開始他們的工作。然后，他們制定了一份他們認(rèn)為自己的手應(yīng)該具備的功能清單，例如指尖力量、高度可控性、低成本和高靈巧性。

 

　　研究人員將他們的新手稱為集成的、連桿驅(qū)動(dòng)的靈巧擬人 （IDLA） 機(jī)器人手，就像它的人類手一樣，它有四個(gè)手指和一個(gè)拇指，每個(gè)手指都有三個(gè)關(guān)節(jié)。而且和人手一樣，它也有指尖傳感器。這只手也只有 22 厘米長?？傮w而言，它有 20 個(gè)關(guān)節(jié)，可以提供 15 度的運(yùn)動(dòng)——它也很結(jié)實(shí)，能夠產(chǎn)生 34 牛頓的壓碎力——而且它的重量僅為 1.1 公斤。

 

　　1、機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)：

 

　　a機(jī)械手解釋的機(jī)制。b手指的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)。c由三個(gè)線性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的手指的 3-DOF 運(yùn)動(dòng)。d無論 MCP 關(guān)節(jié)如何運(yùn)動(dòng)，都可以驅(qū)動(dòng) PIP 關(guān)節(jié)的屈曲和伸展。e MCP 關(guān)節(jié)的屈曲和伸展。f MCP 關(guān)節(jié)的外展和內(nèi)收。

 

　　2、機(jī)器人靈巧手手指的結(jié)構(gòu)：

 

　　a機(jī)械手指的配置。b手指手掌側(cè)的分解圖。c手掌側(cè)上部的分解圖。d ILDA 手的配置。手部包括五個(gè)手指、三個(gè)連接板、一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和一個(gè)主MCU板。

 

　　3、制造的 ILDA機(jī)器人靈巧手：

 

　　4、手指的制作：

 

　　a,機(jī)械零件。

 

　　b,組裝過程。

 

　　5、ILDA靈巧手的力量抓握測(cè)試：

 

　　a實(shí)驗(yàn)裝置來評(píng)估指尖的力量，控制能力，以及開發(fā)的手的力傳感性能。b當(dāng)手指施加的力按順序逐步增加時(shí)測(cè)得的力數(shù)據(jù)。c正弦施加力時(shí)測(cè)得的力數(shù)據(jù)。d機(jī)械手?jǐn)D壓鋁罐，抓握力強(qiáng)。e機(jī)器人手拿著一個(gè)雞蛋，抓地力很細(xì)膩。

 

　　研究人員制作了幾個(gè)視頻來展示手的能力，包括壓碎汽水罐、用剪刀剪紙以及輕輕握住雞蛋。他們還展示了機(jī)械手從微芯片上撕下薄膜、操縱網(wǎng)球和舉起重物。也許最令人印象深刻的是手使用鑷子夾起小物體的能力。

 

　　研究人員指出，這只手也是完全獨(dú)立的，這意味著它幾乎可以輕松安裝到任何機(jī)器人手臂上。他們還表示，它的能力使其成為將微型芯片應(yīng)用于電路板等應(yīng)用的理想選擇。

 

　　6、ILDA手的操作性能測(cè)試：

 

　　手通過拿著和操縱剪刀來剪紙的實(shí)驗(yàn)。b實(shí)驗(yàn)機(jī)器人抓住鑷子并操縱鑷子的尖端來抓取和移動(dòng)一個(gè)小物體。

 

　　結(jié)論：

 

　　基于連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了靈巧的擬人機(jī)械手。所開發(fā)的機(jī)械手的機(jī)構(gòu)確保了連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原有優(yōu)勢(shì)，如關(guān)節(jié)雙向控制、魯棒性、易于制造和維護(hù)。同時(shí)保證20個(gè)關(guān)節(jié)的15-DOF主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，手指間足夠的工作空間，以及高指尖力（34 N）；它還重量更輕（1.1 kg），尺寸緊湊（最大長度：218 mm），并為傳感器集成提供了空間。它可以很容易地連接到現(xiàn)有的商用機(jī)械臂或正在開發(fā)的機(jī)械臂上，因?yàn)樗胁考技稍谑种?，無需額外的部件，例如前臂。

 

　　迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了許多靈巧的機(jī)械手，但由于復(fù)雜的制造工藝和維護(hù)困難導(dǎo)致成本高昂，它們的普遍使用受到了限制。預(yù)計(jì)其適用性將通過功能和成本的考慮擴(kuò)展到實(shí)際研究領(lǐng)域和行業(yè)。而該創(chuàng)新靈巧手演示的用剪刀剪紙是非常有意義的。此外，用鑷子轉(zhuǎn)移芯片的實(shí)驗(yàn)將對(duì)科學(xué)進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。