如果机器手能执行与人手一样的功能,那在执行任务时就可拥有高度的灵活性。然而,在保持人手般灵巧度和抓握力等重要功能的同时,开发无需额外驱动部件的集成机器手是一项挑战。因为驱动部件使得这些机器手很难集成到现有的机械臂中,从而限制了它们的广泛适用性。
现在,新的解决方案来了,来自韩国的科研团队基于连杆驱动机构,开发了一种集成连杆驱动的灵巧拟人机器手,称为ILDA。
这只机器手有15个自由度(20个关节)、34N的指尖力、紧凑的尺寸(最大长度:218 mm),无需额外部件,拥有1.1 kg的低重量和触觉感应能力。值得关注的一点是,这种机器手可以直接安装到现有商业机械臂上,执行各种各样的任务——从抓握鸡蛋到使用剪刀和镊子,相关论文发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。
为了实现有效的抓取运动,业内其实已经开发出了很多相对灵巧的拟人机器手,他们能够自适应抓取一些物品。而在这篇论文中,研究人员们则侧重于分析研发具有高灵巧度的多自由度手,灵巧机器手的代表性核心元素分为以下几个方面:电机直接驱动、肌腱驱动以及连杆驱动机构。
通过对现有机器手方案的分析,研究人员们得出结论,机器人手必须具备以下优势:灵活性、指尖力、可控性、鲁棒性、低成本、低维护和紧凑性。此外,所有部件应该都能嵌入到手本身中,并包括上述所有功能,由此开发一种集成连杆驱动的灵巧拟人机器手(ILDA)。
在实验中,这个全新的机器手能抓取各种形状物体的可能性,提供强大的抓取力,并确保抓取时的精细度。最后,通过使用剪刀剪纸和用镊子拾取小物件的试验,验证了手的高利用率,复制了日常生活中人手执行的工具操作。
研究人员表示,基于连杆驱动机构的灵巧拟人机械手ILDA确保了连杆驱动机构的原始优势,如关节的双向控制、鲁棒性以及易于制造和维护等,同时,它确保了具有20个关节的15自由度主动移动,手指之间有足够的工作空间,以及较高的指尖力,它的重量也更小,尺寸紧凑,并为传感器集成提供了空间。
这款机器手可以根据不同物体的形状执行不同类型的抓取。剪刀和镊子用于确定在日常生活中操作工具的可能性,虽然很难准确量化手在使用剪刀操作工具时的有效性,但他们使用手的多个自由度并通过关节的双向控制来执行组合运动。
具有超高自由度的灵巧拟人机器手的开发仍然是一个悬而未决的问题,需要从科学和工程的角度持续进行研究。但在这项研究中,研究人员试图最大限度地提高机器手在各个维度的性能。
到目前为止,业界已经开发出了许多相对灵巧的机器人手,但由于复杂的制造过程和维护困难导致的高成本限制了它们的商业化落地使用,而这款ILDA机器手的适用性,将通过功能和成本的综合优化,能够扩展到实际研究领域和许多行业应用,推进机器手的进一步研究。