機(jī)器人手爪的研究現(xiàn)狀

 對(duì)機(jī)器人的研究正在逐步深入，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。在這個(gè)階段，機(jī)器人不再僅僅是搬運(yùn)用的工業(yè)機(jī)器人，在這一階段，正在開(kāi)發(fā)用于危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)的高科技機(jī)器人，可以說(shuō)機(jī)器人是從電影中走出來(lái)的，而在機(jī)器人發(fā)展的過(guò)程中，機(jī)器人最關(guān)鍵的部件——機(jī)器人爪子也受到了非常重要的關(guān)注。目前，機(jī)器人手爪正在經(jīng)歷一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從笨拙到靈巧的過(guò)程，由于機(jī)器人手爪的重要性，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成功研制出多種通用機(jī)器人手爪，大大提高了手爪的靈活性。

 機(jī)器人不同于我們?nèi)祟?lèi)，由于機(jī)器人爪子的應(yīng)用環(huán)境比人類(lèi)多得多，所以機(jī)器人爪子的抓取程度、控制能力、適應(yīng)能力和自主性已經(jīng)成為機(jī)器人爪子設(shè)計(jì)水平的標(biāo)準(zhǔn)。性能好的機(jī)器人一般都能實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的抓取動(dòng)作，因此研究開(kāi)發(fā)一種性能優(yōu)良的機(jī)器人手爪是一個(gè)困難的課題，目前機(jī)器人手爪的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

 每個(gè)機(jī)器人的體積和靈活度不同，所以機(jī)器人手爪的性能指標(biāo)差別很大，造成這種情況的主要原因是機(jī)器人手爪的驅(qū)動(dòng)方式和傳動(dòng)方式不同，一般爪子分為液壓、電機(jī)、形狀記憶合金等。根據(jù)驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)將驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生的力以一定的方式傳遞給機(jī)器人手爪。讓它做相應(yīng)的動(dòng)作，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)其實(shí)和駕駛員息息相關(guān)，雖然驅(qū)動(dòng)源會(huì)影響機(jī)器人手爪的體積和重量，但手爪的抓取穩(wěn)定性是由傳動(dòng)系統(tǒng)控制的。

根據(jù)傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)方式，我們將機(jī)器人手爪視為連桿傳動(dòng)方式，手動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式、欠驅(qū)動(dòng)模式、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)模式和其他驅(qū)動(dòng)模式。這里需要說(shuō)明的是其他驅(qū)動(dòng)模式；一般來(lái)說(shuō)，手爪驅(qū)動(dòng)器會(huì)通過(guò)螺紋將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，并拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和手指之間的彈簧來(lái)產(chǎn)生動(dòng)作。每個(gè)手指的動(dòng)作實(shí)際上是相互獨(dú)立的，使得驅(qū)動(dòng)更加靈活，但這種驅(qū)動(dòng)模式使得機(jī)器人手爪的手指閉合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。然后是機(jī)器人手爪非常復(fù)雜的部分，可以說(shuō)，機(jī)器人手爪是整個(gè)機(jī)器人零件最多的地方，如果長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉爪子的手指，可能會(huì)出現(xiàn)故障。

機(jī)器人之所以能夠獲取內(nèi)外環(huán)境信息，主要來(lái)源是傳感器。機(jī)器人只有提高自身的感知能力，才能獲得超高的自主操作；傳感器的發(fā)展主要是在傳感器的配置上，然后是新型傳感器的設(shè)計(jì)，傳感器的集成，信息的融合。機(jī)器人手爪上的傳感器配置主要是視覺(jué)傳感器和距離傳感器，因?yàn)橐曈X(jué)和距離感是機(jī)器人手爪最重要的信息。

 目前困擾人們的智能機(jī)器人問(wèn)題主要是環(huán)境和機(jī)器人自身模型的不準(zhǔn)確造成的。這個(gè)問(wèn)題給開(kāi)發(fā)出來(lái)的機(jī)器人帶來(lái)了很大的不確定性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸找到了解決這個(gè)問(wèn)題的方法，那就是開(kāi)發(fā)智能傳感系統(tǒng)，同時(shí)需要逐步提高機(jī)器人在相對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的超感知能力。在目前的機(jī)器人開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)機(jī)器人所需的感知和傳感系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的，因?yàn)楦兄蛡鞲邢到y(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以使機(jī)器人在未知的復(fù)雜環(huán)境中工作。

 大多數(shù)機(jī)器人手爪的形狀與我們?nèi)祟?lèi)的手相似，這也是通過(guò)探索人類(lèi)的抓握機(jī)制發(fā)展出來(lái)的。一些機(jī)器人開(kāi)發(fā)了一種可以抓取任何形狀物體的手爪，可以有效地完成許多抓取任務(wù)，然而，目前機(jī)器人手爪的多指協(xié)調(diào)操作和相應(yīng)的控制技術(shù)還不能滿足一些精細(xì)操作的需要，也就是說(shuō)，機(jī)器人手爪的實(shí)用性還很欠缺。分析多指抓取的細(xì)微運(yùn)動(dòng)與力之間的作用，實(shí)際上是研究機(jī)器人抓取的穩(wěn)定性。

 目前，把機(jī)器人手爪分為擬人爪和非擬人爪。擬人手爪主要是根據(jù)人手的形狀開(kāi)發(fā)的；人有一雙非常靈巧的手，是經(jīng)過(guò)幾千年的進(jìn)化逐漸形成的，人的手結(jié)構(gòu)非常緊湊，在抓東西和操作東西時(shí)極其靈活；目前，多指靈巧手已經(jīng)研制成功。這種手主要用于為失去雙臂的人安裝假肢，雖然這種手的靈活性很差，但對(duì)于失去雙臂的人來(lái)說(shuō)，這是一種希望。中國(guó)最早研制的手是著名的張啟生院士，當(dāng)時(shí)研制的機(jī)械手功能比較簡(jiǎn)單，但填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)器人手爪研究的空白。

 研究機(jī)器人手爪的目的是方便人們的生活，其關(guān)鍵在于安全性和高智能性。安全可靠性主要是進(jìn)一步保證機(jī)器人工作時(shí)的安全性和穩(wěn)定性。此外，要求開(kāi)發(fā)的機(jī)器人手爪能有效處理微小位置和角度偏差等問(wèn)題，機(jī)器人手爪的智能化研究能有效提高機(jī)器人手爪的精度；機(jī)器人手爪的智能化研究，可以像我們?nèi)祟?lèi)用大腦控制手一樣，有效降低出錯(cuò)的可能性。