淺談機器人的靈巧手

人類的進化過程中，伴隨著工具的發(fā)展，對人手的靈巧精準操作能力要求也越來越高，這個過程也逐漸改變和進化了大腦結構。而如何能讓機器人像人一樣擁有靈巧雙手，一直也是科學家們追求的目標。

至少從十六世紀末開始，科學和工程界就一直在努力開發(fā)類似人手的感覺和運動功能的機械手，其中包括運動功能(抓、握、推、拉、打孔、操作等)和感覺功能(主動和被動地探索表面的質地、濕度和溫度，以及振動、壓力和力的感覺等)，并最終形成社會功能(愛撫、威脅、握手、指指點點、敬禮、玩耍和各種手勢，包括自愿和非自愿)。盡管人們對手如此著迷，但仍然無法完全理解它們。這也是為什么機械手仍然是機器人技術中最難的挑戰(zhàn)之一的原因之一。

研究人員試圖通過復雜的設計來仿造人類雙手的外觀和靈活性，并集成了許多驅動器和傳感器，例如猶他/MITH、RobonautHand、DLR(Deutsches Zentrum für Luft- undRaumfahrt)Hand II、Gifu Hand II、Shadow Dexterous Hand及清華大學孫富春團隊開發(fā)的系列靈巧手等。雖然目前有很多實驗樣機，但在工業(yè)機器人、服務機器人甚至假肢方面，實際應用數(shù)量仍然有限。為了增加推廣，近年來已經提出了一些新的方法和解決方案，以開發(fā)有效和可靠的靈巧手。事實上，雖然實現(xiàn)了完美的結構和功能擬人化——即不僅在外觀上，而且在動作和功能上與人類的手相似（可能會過于復雜），但近年有趨勢旨在實現(xiàn)穩(wěn)健的、易于編程的、經濟實用的靈巧手，能夠執(zhí)行人手操作功能的子集。

回顧近幾年的機器人操作比賽情況，如亞馬遜采摘挑戰(zhàn)賽、DARPA機器人挑戰(zhàn)賽、IROS機器人操作比賽等，大多數(shù)復雜的抓取技術都受到了挑戰(zhàn)，這些比賽表明，以簡化設計為目標的方法能帶來顯著的效益。第1屆亞馬遜采摘挑戰(zhàn)賽的獲勝者是一個基于抽吸系統(tǒng)的末端效應器；在DARPA機器人挑戰(zhàn)賽中采用的仿人機器人都沒有完全驅動的擬人手，超過15個團隊(25個參賽者中)使用的是一個只有3或4個手指的低驅動手；幾次的IROS機器人抓取和操縱比賽中，都是簡易機械手獲取冠軍，反而是復雜多功能的靈巧手在比賽中失利。

在過去的幾十年里，許多機器人研究小組都專注于極簡主義設計方法。在保留擬人化設計的許多優(yōu)點的同時，在設計和控制方面進行原則性的簡化，可以合理地降低系統(tǒng)的復雜度，包括執(zhí)行器、傳感器和程序代碼的數(shù)量。此外，軟體機器人方法也很有用，近年有根據(jù)這樣的原理設計的機械手，在抓取的通用性、魯棒性和可靠性方面取得了很好的效果。

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