機(jī)器人手爪的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

摘? ? 要：對(duì)于機(jī)器人手爪而言，它既是機(jī)器人末端的執(zhí)行器，又是主動(dòng)感知工作環(huán)境信息的感知器。它是一個(gè)高度集成并具備著多種感知功能以及智能化的機(jī)電系統(tǒng)，涉及到的研究領(lǐng)域非常多。本文主要分析以及研究目前專(zhuān)用和通用機(jī)器人手爪設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，得出相應(yīng)的結(jié)論，為今后的機(jī)器人手爪研究做好良好的鋪墊，同時(shí)對(duì)未來(lái)發(fā)展的方向做出更多的展望。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;手爪;研究;現(xiàn)狀與發(fā)展

引言：隨著社會(huì)科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，各行各業(yè)開(kāi)始加強(qiáng)關(guān)注機(jī)器人的使用狀況，因此，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地?cái)U(kuò)大。人類(lèi)開(kāi)始慢慢研究將機(jī)器人用于海洋資源探測(cè)、軍事偵察以及空間探測(cè)等領(lǐng)域。隨著機(jī)器人的快速發(fā)展，機(jī)器手爪作為最主要的零部件，它在研究的期間也獲得了一定的關(guān)注以及發(fā)展。由于機(jī)器手爪的重要性，全球各個(gè)國(guó)家成功研制出了多種通用和專(zhuān)用的機(jī)器手爪，由此可見(jiàn)，手爪的可靠性以及靈活性在某種程度上得到了很大的提升。從80年代開(kāi)始，隨著各個(gè)國(guó)家的推動(dòng)下，機(jī)器人的研究被列入重點(diǎn)發(fā)展，在這種大力發(fā)展的時(shí)代背景下，機(jī)器手爪的研究也邁入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期。

一、機(jī)器人手爪的研究現(xiàn)狀

（一）傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)器人手爪在研究的過(guò)程中，無(wú)論是重量、體積還是它的操作性等在各種指標(biāo)上都存在著巨大的差別，主要是因?yàn)槭肿Σ捎玫霓D(zhuǎn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)的方式不同。按照驅(qū)動(dòng)源而言，手爪主要可以劃分為液壓、電機(jī)以及氣動(dòng)和形狀記憶合金等。由于機(jī)器人的靈巧，手傳動(dòng)系統(tǒng)可以促使驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的力和運(yùn)動(dòng)通過(guò)一定的方式傳遞到手指的每一處關(guān)節(jié)，從而促進(jìn)關(guān)節(jié)做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。但是還有一點(diǎn)需要加強(qiáng)注意，雖然驅(qū)動(dòng)源直接影響了手爪的體積以及重量，最終取決于傳動(dòng)系統(tǒng)的依舊是手爪的穩(wěn)定性以及靈活性。

（二）智能感知系統(tǒng)

1.傳感器的研制

空間機(jī)器人想要獲得外部以及內(nèi)部環(huán)境的信息，那就需要通過(guò)傳感器的協(xié)助才能完成。提升機(jī)器人的作業(yè)水平能力和自主能力需要具備豐富的感知。其中，主要的研究?jī)?nèi)容包含了傳感器的配置以及選擇，除此之外，就是全新的傳感器設(shè)計(jì)和信息的融合以及多傳感器的集成。對(duì)于手爪上的配置而言，傳感器主要包含了視覺(jué)傳感器和力覺(jué)。視覺(jué)和力覺(jué)作為空間機(jī)器人手爪中最主要的信息。

2.信息融合處理

在智能機(jī)器人發(fā)展的過(guò)程中，面臨著一個(gè)非常重要的問(wèn)題，那就是機(jī)器人對(duì)于自身模型的不精準(zhǔn)性以及非結(jié)構(gòu)化環(huán)境帶來(lái)的不確定性。想要良好的解決這類(lèi)問(wèn)題，那就需要發(fā)展智能傳感系統(tǒng)，同時(shí)，提升機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)能力以及自主能力是最主要的辦法。另外，加強(qiáng)傳感器信息的處理方式，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主完成的功能。

3.其他方面的研究

對(duì)于一些特殊環(huán)境的機(jī)器人而言，例如空間機(jī)器人或者是水下機(jī)器人，在研究手爪的過(guò)程中需要合理控制每一個(gè)細(xì)節(jié)。加強(qiáng)細(xì)節(jié)在模擬環(huán)境中的試驗(yàn)，才能確保手爪系統(tǒng)的可靠性以及穩(wěn)定性。其中主要包含了控制系統(tǒng)的試驗(yàn)、防輻射試驗(yàn)以及高低溫試驗(yàn)和機(jī)械潤(rùn)滑試驗(yàn)等，另外就是微重力環(huán)境試驗(yàn)和電路冗余備份。對(duì)于在空間艙外工作的機(jī)器人手爪而言，這種重要性是需要每一位研究人員牢記的?？煽孔ト∽鳛樗惺肿υO(shè)計(jì)的前提條件，整個(gè)手爪需要?jiǎng)澐窒到y(tǒng)乃至整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)都需要進(jìn)行區(qū)分。其中，主要的研究?jī)?nèi)容包含了手爪機(jī)械結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性以及空間環(huán)境的安全性和控制系統(tǒng)的精確性等。另外，控制和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化是提升手爪安全性和可靠性的一個(gè)重要措施。在開(kāi)展空間機(jī)器人手爪設(shè)計(jì)之前，通過(guò)仿真軟件對(duì)抓取過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行模擬，才能準(zhǔn)確并且及時(shí)發(fā)掘存在的問(wèn)題。

二、機(jī)器人手爪的研究進(jìn)展

對(duì)于研究機(jī)器人手爪的關(guān)鍵點(diǎn)就在于它的安全性、智能性以及適應(yīng)能力。只有確定了機(jī)器人手爪的安全可靠性才能確保機(jī)器人在工作中的萬(wàn)無(wú)一失，由此可見(jiàn)，將 手爪的控制系統(tǒng)以和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化是非常重要的。對(duì)于艙外的專(zhuān)用手爪而言，加強(qiáng)設(shè)計(jì)機(jī)械的柔順結(jié)構(gòu)才能改善自由飛行機(jī)器人控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)誤差，及時(shí)發(fā)現(xiàn)角度的偏差以及吸收現(xiàn)存的微小位置，可以加強(qiáng)自動(dòng)對(duì)接的同時(shí)及時(shí)捕捉到目標(biāo)。服務(wù)機(jī)器人手爪仍需要提高它的通用性，主要是為了讓手爪可以適應(yīng)各種被抓取物體形狀的能力。除此之外，由于很多手爪在操作的期間受到操作通訊限量或者大延時(shí)的影響，提高手爪智能化可以加強(qiáng)手爪的本地化決策，從而降低通訊量，以及減少地面的干預(yù)，同時(shí)降低出錯(cuò)的情況。對(duì)于機(jī)器人手爪未來(lái)的進(jìn)展來(lái)看，主要具備幾下幾個(gè)趨勢(shì) ：

（一）機(jī)器人手爪仿生的發(fā)展

在制造機(jī)器人這條道路上，研究人員需要不懈努力并且堅(jiān)持 制造出像人手一樣的機(jī)器人手爪是主要的追求目標(biāo)。也就是說(shuō)，無(wú)論是傳動(dòng)系統(tǒng)還是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，或者是制造類(lèi)的皮膚傳感器，研究人員都是嘗試從仿生的角度去進(jìn)行研究模擬。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是對(duì)人工肌肉的模擬或者是對(duì)皮膚傳感器的模擬等。

（二）機(jī)器人手爪集成化以及小型化的發(fā)展

在制造機(jī)器人手爪的過(guò)程中，手爪的重量以及體積是非常重要的，優(yōu)化手爪的尺寸以及重量這個(gè)是每位研究人員 需要加強(qiáng)重視的，打造小型化以及集成化的機(jī)器人手爪是未來(lái)研究道路上的重點(diǎn)。

（三）主動(dòng)獲取信息技術(shù)的發(fā)展

在機(jī)器人傳感器的研究工作中可發(fā)現(xiàn)，原本的被動(dòng)感知正在朝著主動(dòng)感知慢慢轉(zhuǎn)變。對(duì)于被動(dòng)感知而言，其信息比較局部，盲人是通過(guò)大腦的記憶以及結(jié)合手臂去感受環(huán)境的信息，通過(guò)這種現(xiàn)象讓研究人員明確了解到機(jī)器人傳感器的研究正從被動(dòng)感知向著主動(dòng)感知的轉(zhuǎn)變，被動(dòng)感知的信息是局部的信息，而盲人對(duì)環(huán)境信息的感受是通過(guò)手臂，大腦記憶等協(xié)同完成主動(dòng)式的感知過(guò)程可以更快的獲取到外部環(huán)境以及內(nèi)部環(huán)境的信息

結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)科技技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的發(fā)展也隨之提升了不少。全球各地各行各業(yè)都開(kāi)始采用機(jī)器人代替人工操作，并且在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用，同時(shí)也取得了較好的效果。在使用機(jī)器人的期間，其應(yīng)用的范圍以及操作的方式和移動(dòng)范圍有著直接的關(guān)系。機(jī)器人手爪作為機(jī)器人的重要組成部分，它的功能就如同人類(lèi)手一樣，在機(jī)器人的系統(tǒng)中作為主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此，加強(qiáng)機(jī)器人手爪的設(shè)計(jì)與研究 ，才能確保機(jī)器人行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龐在祥;宮麗男;姜大偉;劉鐵軍;姜楠;李林樹(shù);;基于CATIA/ADAMS仿人靈巧手建模與動(dòng)力學(xué)仿真[J];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）;2018年03期

[2] 何雪軍;王進(jìn);陸國(guó)棟;唐小林;;自鎖式茶梗夾持器設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2014年04期

[3]文懷興;柳建華;魯劍嘯;;基于A(yíng)DAMS的夾持機(jī)械手虛擬設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2018年03期

作者簡(jiǎn)介：聶波（1982.9一），男，漢族，籍貫湖北咸寧，碩士，講師，研究方向：機(jī)電一體化、工業(yè)機(jī)器人。

課題名稱(chēng)： 一種多功能工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)研究? 編號(hào)：2019B002