機(jī)械手是指可以實(shí)現(xiàn)類似人手功能（比如抓取物體,、操作工具）的機(jī)器人部件,，一般作為機(jī)器人系統(tǒng)中的末端執(zhí)行器。它是機(jī)器人與環(huán)境相互作用的最后環(huán)節(jié)和執(zhí)行部件,，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個(gè)機(jī)器人的工作性能,。

現(xiàn)如今，機(jī)械手的應(yīng)用范圍不僅僅局限于工業(yè)機(jī)器人,，物流分揀,、科研探索、社會服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域都需要智能可靠的機(jī)器手,。

然而在復(fù)雜環(huán)境中對未知的目標(biāo)物完成抓取任務(wù),，這對于機(jī)械手來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的剛性機(jī)械手受困于復(fù)雜且脆弱的機(jī)械結(jié)構(gòu),、精密昂貴的傳感器以及復(fù)雜的控制算法等問題,，以及現(xiàn)有的大部分機(jī)械手存在功能單一、抓取范圍有限,、使用和維護(hù)成本高等問題從而在使用中受限,。而柔性材料在簡化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高適應(yīng)能力,、降低成本方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢,，因此將柔性材料引入機(jī)械手設(shè)計(jì)可以很好地解決這些問題。

圖1 柔性機(jī)械手及柔性手指

新加坡國立大學(xué)蘇州研究院任洪亮教授課題組為此研發(fā)了軟軸驅(qū)動的柔性機(jī)械手

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此設(shè)計(jì)有兩大亮點(diǎn)：一是機(jī)械手包含三根柔性手指,，手指主體是將柔性材料（NinjaFlex）通過3D打印技術(shù)打印而成,，靈活性好、加工時(shí)間短,、成本低,；二是軟軸的使用，相比于傳統(tǒng)的繩驅(qū)方式,，軟軸不僅可以傳遞拉力,，使手指產(chǎn)生彎曲動作從而抓取目標(biāo)物（見圖1），而且可以傳遞扭矩,，驅(qū)動手指主體繞著手指底座轉(zhuǎn)動,。在軟軸驅(qū)動下，每根手指靈活度更大,，功能性更強(qiáng),。如圖2所示，得益于手指主體的柔性及靈活性,，本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手可以在沒有精密傳感器的情況下,，利用簡單的控制程序就能夠穩(wěn)健地抓取不同形狀、不同質(zhì)量的目標(biāo)物,，并且能夠在機(jī)械手底座不動的情況下以不同的姿態(tài)抓取同一目標(biāo)物,，極大地提高機(jī)械手抓取的靈活性。除了穩(wěn)健的抓取能力,，此設(shè)計(jì)中的機(jī)械手還能在底座被固定且沒有額外自由度的情況下完成對目標(biāo)物的扭轉(zhuǎn)操作,，例如從瓶子上擰松瓶蓋并且取下來（如圖3所示）。因此,，此機(jī)械手還可以用于更多的場景,，比如操作旋鈕、在水下等危險(xiǎn)環(huán)境中開關(guān)閥門等等,。

圖2 抓取演示

此設(shè)計(jì)把柔性材料及軟軸加入到機(jī)械手的設(shè)計(jì)中,，有效地簡化了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，降低了使用和維護(hù)成本,，極大地提升了抓取穩(wěn)定性和抓取范圍,，有效地增強(qiáng)了機(jī)械手的功能性，對于機(jī)械手的推廣和普及有著重要的意義,。

圖3 擰瓶蓋演示

供稿：蘭慧文