哈爾濱工業大學(中國)研究團隊于2022年10月14日在期刊《機械工程前沿》上發表了他們的研究成果。幾十年來，研究人員一直致力于設計機械手來模仿人類雙手的靈巧性，并掌握和操縱物體。然而，這些早期的機械手無法承受非結構化環境中可能出現的物理沖擊。一個研究小組現在開發了一種用于靈巧手的緊湊型機器人手指，它也可以承受工作環境中的物理沖擊。

　　機器人通常在不可預測的、有時不安全的環境中工作。當多指機械手需要在非結構化的環境中工作時，物理碰撞是不可避免的，例如障礙物快速移動的環境或者機器人需要與人類或其他機器人進行交互的環境。

　　這些撞擊產生的能量會損壞機械手的硬件系統。目前，靈巧手是剛性的，因此容易受到物理沖擊和碰撞而損壞。需要能夠承受物理沖擊的強壯靈巧的手的機器人。研究小組致力于創造一種機器人手指，它可以模仿人類手指的靈巧性以及吸收和承受物理沖擊的能力。

　　“這將使靈巧手具有更好的機械魯棒性，從而解決由剛性驅動的靈巧手在非結構化環境中容易受到物理碰撞損壞的問題，”中國哈爾濱工業大學教授劉儀偉說。

　　當前與機器人相關的技術使用可變剛度致動器系統。這些系統旨在使機器人手的靈巧成為可能。在人體中，肌肉的自然硬度和柔韌性隨著手頭的任務而變化。變剛度驅動器根據要執行的任務給機器人手帶來類似于人的靈活性和剛度調節。

　　可變剛度致動器由兩個致動器驅動。這意味著機械手系統必須有兩套減速器、驅動裝置和傳感器。因為變剛度致動器的復雜性、重量和體積已經增加，所以它不能用作制造緊湊靈巧手的解決方案。

　　為了克服這些挑戰，研究小組開發了一種對抗性可變剛度手指機構。基于齒輪傳動，這種手指比目前的索驅動靈巧手更可靠，更容易制造和維護。機械堅固手指基于機械被動順從的概念，其中機器人操作器和剛性環境之間的接觸力是受控的。

　　手指可以吸收物理沖擊，同時具有調節剛度的能力，具體取決于任務的要求。這種指狀機構的優點在于，它提供了可調節的剛度功能和非常緊湊的結構，而沒有額外致動器的重量和復雜性。

　　該團隊開發的手指原型重480克，由合金材料和3D打印材料制成。該小組對手指進行了一系列抓握和操作測試。他們用各種不同大小的典型物體——圓柱形物體、矩形物體和球形物體3354來測試手指的抓取能力。事實證明，他們的手指機構在承受物理沖擊方面很強，同時，他們在力量、抓握和操縱方面都很出色。

　　展望未來的研究，團隊計劃增加手指的剛度調節范圍，同時試圖使其尺寸和重量更加緊湊。最終目標是設計制造一只完整靈巧的手。“這項研究對于提高靈巧手在非結構化環境或物理交互任務中的操作水平具有重要意義，”劉教授說。

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