機械手是指可以實現(xiàn)類似人手功能（比如抓取物體、操作工具）的機器人部件，一般作為機器人系統(tǒng)中的末端執(zhí)行器。它是機器人與環(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機器人的工作性能。

現(xiàn)如今，機械手的應用范圍不僅僅局限于工業(yè)機器人，物流分揀、科研探索、社會服務等各個領域都需要智能可靠的機器手。

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

圖1 柔性機械手及柔性手指

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

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此設計有兩大亮點：一是機械手包含三根柔性手指，手指主體是將柔性材料（NinjaFlex）通過3D打印技術打印而成，靈活性好、加工時間短、成本低；二是軟軸的使用，相比于傳統(tǒng)的繩驅方式，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物（見圖1），而且可以傳遞扭矩，驅動手指主體繞著手指底座轉動。在軟軸驅動下，每根手指靈活度更大，功能性更強。如圖2所示，得益于手指主體的柔性及靈活性，本設計中的機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、不同質量的目標物，并且能夠在機械手底座不動的情況下以不同的姿態(tài)抓取同一目標物，極大地提高機械手抓取的靈活性。除了穩(wěn)健的抓取能力，此設計中的機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物的扭轉操作，例如從瓶子上擰松瓶蓋并且取下來（如圖3所示）。因此，此機械手還可以用于更多的場景，比如操作旋鈕、在水下等危險環(huán)境中開關閥門等等。

圖2 抓取演示

此設計把柔性材料及軟軸加入到機械手的設計中，有效地簡化了機械手的結構，降低了使用和維護成本，極大地提升了抓取穩(wěn)定性和抓取范圍，有效地增強了機械手的功能性，對于機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