機器人手爪的研究現(xiàn)狀

 對機器人的研究正在逐步深入，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。在這個階段，機器人不再僅僅是搬運用的工業(yè)機器人，在這一階段，正在開發(fā)用于危險環(huán)境作業(yè)的高科技機器人，可以說機器人是從電影中走出來的，而在機器人發(fā)展的過程中，機器人最關(guān)鍵的部件——機器人爪子也受到了非常重要的關(guān)注。目前，機器人手爪正在經(jīng)歷一個從簡單到復(fù)雜，從笨拙到靈巧的過程，由于機器人手爪的重要性，國外一些發(fā)達國家已經(jīng)成功研制出多種通用機器人手爪，大大提高了手爪的靈活性。

 機器人不同于我們?nèi)祟?，由于機器人爪子的應(yīng)用環(huán)境比人類多得多，所以機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)成為機器人爪子設(shè)計水平的標(biāo)準(zhǔn)。性能好的機器人一般都能實現(xiàn)快速穩(wěn)定的抓取動作，因此研究開發(fā)一種性能優(yōu)良的機器人手爪是一個困難的課題，目前機器人手爪的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

 每個機器人的體積和靈活度不同，所以機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器人手爪的驅(qū)動方式和傳動方式不同，一般爪子分為液壓、電機、形狀記憶合金等。根據(jù)驅(qū)動源產(chǎn)生驅(qū)動力，機器人的傳動系統(tǒng)會將驅(qū)動力產(chǎn)生的力以一定的方式傳遞給機器人手爪。讓它做相應(yīng)的動作，傳動系統(tǒng)的設(shè)計其實和駕駛員息息相關(guān)，雖然驅(qū)動源會影響機器人手爪的體積和重量，但手爪的抓取穩(wěn)定性是由傳動系統(tǒng)控制的。

根據(jù)傳動和驅(qū)動方式，我們將機器人手爪視為連桿傳動方式，手動驅(qū)動模式、欠驅(qū)動模式、形狀記憶合金驅(qū)動模式和其他驅(qū)動模式。這里需要說明的是其他驅(qū)動模式；一般來說，手爪驅(qū)動器會通過螺紋將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線運動，并拉動驅(qū)動器和手指之間的彈簧來產(chǎn)生動作。每個手指的動作實際上是相互獨立的，使得驅(qū)動更加靈活，但這種驅(qū)動模式使得機器人手爪的手指閉合時間過長。然后是機器人手爪非常復(fù)雜的部分，可以說，機器人手爪是整個機器人零件最多的地方，如果長時間關(guān)閉爪子的手指，可能會出現(xiàn)故障。

機器人之所以能夠獲取內(nèi)外環(huán)境信息，主要來源是傳感器。機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，傳感器的集成，信息的融合。機器人手爪上的傳感器配置主要是視覺傳感器和距離傳感器，因為視覺和距離感是機器人手爪最重要的信息。

 目前困擾人們的智能機器人問題主要是環(huán)境和機器人自身模型的不準(zhǔn)確造成的。這個問題給開發(fā)出來的機器人帶來了很大的不確定性。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問題的方法，那就是開發(fā)智能傳感系統(tǒng)，同時需要逐步提高機器人在相對復(fù)雜環(huán)境下的超感知能力。在目前的機器人開發(fā)過程中，開發(fā)機器人所需的感知和傳感系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的，因為感知和傳感系統(tǒng)的開發(fā)可以使機器人在未知的復(fù)雜環(huán)境中工作。

 大多數(shù)機器人手爪的形狀與我們?nèi)祟惖氖窒嗨?，這也是通過探索人類的抓握機制發(fā)展出來的。一些機器人開發(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操作的需要，也就是說，機器人手爪的實用性還很欠缺。分析多指抓取的細微運動與力之間的作用，實際上是研究機器人抓取的穩(wěn)定性。

 目前，把機器人手爪分為擬人爪和非擬人爪。擬人手爪主要是根據(jù)人手的形狀開發(fā)的；人有一雙非常靈巧的手，是經(jīng)過幾千年的進化逐漸形成的，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，但對于失去雙臂的人來說，這是一種希望。中國最早研制的手是著名的張啟生院士，當(dāng)時研制的機械手功能比較簡單，但填補了國內(nèi)機器人手爪研究的空白。

 研究機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一步保證機器人工作時的安全性和穩(wěn)定性。此外，要求開發(fā)的機器人手爪能有效處理微小位置和角度偏差等問題，機器人手爪的智能化研究能有效提高機器人手爪的精度；機器人手爪的智能化研究，可以像我們?nèi)祟愑么竽X控制手一樣，有效降低出錯的可能性。