自適應機器人手爪的研究現(xiàn)狀與未來

機器人手爪(或抓持器)類似于人手，依靠一對能夠抓取各種物體的末端抓手，機器人可以完成許多任務。通用手爪廣泛應用于機器人領域。它可以暫時將機器人與物體連接起來，并在適當?shù)臅r候釋放。它是機器人與外界交互的重要終端，廣泛應用于工業(yè)自動化領域。

在手爪研究領域，除工業(yè)手爪外，還有三種研究：仿人機器人手、仿生機器人手和自適應欠驅動機器人手，每種都有各自的優(yōu)缺點。

機器人手爪的形狀不一定像人，機器人的手也不一定是根據(jù)人手的形狀設計的。機器人的功能是抓取。上述靈巧多指手是研發(fā)機器人的一條“捷徑”。機器人手爪模仿人手，還有其他方法，只要能達到抓物的效果。比如模仿生物的“手”。

動物與外界互動、觸摸物體的不同部位，都可以看作是動物的“手”。因此，從生物學中獲得靈感，就可以誕生具有仿生學意義的仿生機器手，也稱特種機器人手爪。章魚狀觸須模仿生物的靈活性，適合抓取圓柱形物體，但對其他異形物體的抓取能力有限。一種仿蜥蜴舌頭手爪，以水為介質，以氣動力為驅動源，將彈性膜與內部活塞、彈簧等結合在一起。實現(xiàn)一種新的具有吸盤效應和被動手指生成效應疊加的通用手爪。該夾持器適用于夾持小物體和扁平物體，但對于尖銳較高的物體，夾持效果受變形程度限制，夾持力較小。另外，抓取也存在時間延遲、抓取效率低、噪音大、能耗高等問題。

科學技術的發(fā)展，欠驅動手應運而生。欠驅動手使用少數(shù)幾個電機驅動多個關節(jié)，其中白色自適應欠驅動手可以自適應抓取，受到許多研究者的青睞，一些新型欠驅動手被開發(fā)出來，其中扁平夾鉗自適應手是最好的一種。目前，測量機器人手還沒有統(tǒng)一的定量比較標準，一般根據(jù)抓取物體的種類、抓取物體的過程和結果(抓取方法)、抓取的適用場合、抓取裝置的設計、制造和維護成本、抓取裝置的弱點或不足等進行綜合比較。

由于抓取對象的多樣性以及抓取原理和方式的不可預測性，產生了很多抓手。為了抓取雜亂的物體，一次抓取多個物體，開發(fā)了一種手爪，看起來很簡單，但是效果很好。手爪只有三個手指，每個手指中間沒有關節(jié)，手指和手掌之間只有一個關節(jié)存在。實驗證明，該手爪易于控制，可以一次無序抓取多個物體。它的缺點是剛性手指很難抓取表面摩擦力小、重量大的物體。

自適應機器人手爪有兩套伸縮管陣列，每根桿相互平行，長桿由物體推動以適應物體的形狀，兩套伸縮管由液壓驅動閉合或分離，從而實現(xiàn)對物體的抓取。缺點是：抓握有方向性，不能多方向抓握。當該裝置對目標物體施加抓取力時，只能跟隨兩組伸縮管的折疊方向。不能抓超過寬度的長物件。當目標物體的長度方向與抓取方向一致，且目標物體的長度超過裝置的寬度時，兩組伸縮桿的閉合不會抓取目標物體。

傳統(tǒng)的機器人手被設計成模仿人手的多指裝置。它們可以抓取多種物體，但結構復雜，控制程序繁瑣，成本昂貴。沒有手指的特殊手，比如吸盤手，適應范圍相當有限。為了降低成本，通用夾持器由兩個相對運動的部件制成，以便最簡單地實現(xiàn)夾持和釋放功能。

這種方法結構簡單，成本低，能抓取一定形狀的物體，但不能適應更多形狀的物體，適應性不高。在分析國內外自適應機器人手爪研究成果及其特點和不足的基礎上，認為增加手爪的適應性是一個突出的問題。機器人手爪的未來發(fā)展趨勢：手爪小型化、輕量化，而抓取重量大大增加；提高了自適應抓取不同形狀和大小物體的能力，抓取穩(wěn)定，成功率高；可同時抓取多個物體，適應性好；結構簡單，成本低；易于控制，抓取過程中檢測物體的形狀和大小，控制抓取方案的難度較小。