麻省理工新作：模块化高精度灵巧手

2023-10-16 18:41

近些年，关于人形机器人的研究越来越热门，当机器人的系统变得逐渐复杂，对机器人零件的要求也会随之提升。其中，机器人的夹具又叫灵巧手，其设计是实现类似人类抓取和操作物体的关键一环，一款既满足高精度运动需求，又需要成本效益和易制造性的灵巧手是零部件厂商们所追求的目标。

前不久，麻省理工学院（MIT）的研究团队最近推出了一款创新型高精度灵巧手，其采用模块化结构，使得灵巧手不仅易于升级，还便于制造。

关于灵巧手设计的初衷，研究团队的 Chao Liu和Andrea Moncada在文章中写道：“虽然平行抓手和多指机器人手已经得到很好的发展，并且在结构化环境中普遍使用，但设计一种高度铰接的机器人手，可以与人类的手相媲美，以处理各种日常操作和抓取任务，仍然是机器人技术中的一个挑战，灵活性通常需要更多的执行器，但也会导致更复杂的机构设计，并且制造和维护成本更高。软材料能够在与物理世界交互时提供合规性和安全性，但难以建模。”

这个灵巧手的设计具备人类骨骼结构，以人类食指骨骼为基础，包括四个骨头，通过三个销关节相互连接。此外，灵巧手手的远端指骨的关节内放置了沿直径方向磁化的磁体，以提供更灵活的运动。同时，该灵巧手还设计了角度传感器板，并将其安装在中指骨的一个关节内，以增强精准度。

降低灵巧手的工业成本，最核心的目标就是减少昂贵且复杂的组件，尽管高精度的要求使得灵巧手需要有很多执行器，但研究团队使用模块化结构，尽可能地保证能够执行高级别的动作的同时成本更低。

使用模块化设计还有另一个好处，可以根据实际使用情况增减手指，极大满足了用户使用中的个性化需求。只需要将组件进行重新排列，就可以让灵巧手实现不同的抓取类型或在不同场景中提高性能。

这款灵巧手中的刚性和软质部件都相对容易获取，这也是未来该产品能否完成商业化落地的关键之一。骨骼部分的“骨头”可以通过3D打印制造，而磁体、传感器和电缆等部件都可以轻松购买。而制造灵巧手的外部“皮肤”同样采用了简单的工艺，他们首先使用3D打印技术创建各种模具部件，然后使用这些模具来制作出硅胶手指的形状。

在实验过程中，研究人员制造了一个具有五个手指的机械手原型，并对其性能进行了评估。结果显示，这款机械手成功地模仿人手的抓取方式，能够稳固地抓住各种不同尺寸和硬度的物体，包括塑料杯、钢笔和圆形塑料环。

研发团队透露，这款机械手的未来发展将包括增加拇指的额外旋转自由度，设计紧凑的手腕用于固定电子设备，以及开发更智能的操作和抓握控制策略。