機(jī)器人多指靈巧手經(jīng)歷了三個(gè)階段

第一階段是從 20 世紀(jì) 70 年代——20 世紀(jì) 90 年代。

這一階段有 3 款典型代表產(chǎn)品， 分別是日本的 Okada、美國(guó)的 Stanford/JPL 和 Utah/MIT。這三只靈巧手是研究初始 階段的典型代表，為后續(xù)仿人型多指靈巧手研究建立了理論基礎(chǔ)。

1）1974 年日本“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”成功研制了 Okada 靈巧手，它有 3 根手指和 1 個(gè)手掌， 拇指有 3 個(gè)自由度，另外兩根手指各有 4 個(gè)自由度。手指的每個(gè)關(guān)節(jié)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通 過鋼絲和滑輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞，可以完成螺栓擰進(jìn)螺母等操作。

2）20世紀(jì)80年代初美國(guó)斯坦福大學(xué)成功研制了Stanford/JPL靈巧手，該手有3個(gè)手指， 每指有 3 自由度，手指使用 n+1 腱(n 個(gè)手指)設(shè)計(jì)，即每個(gè)手指采用 4 條腱繩傳 遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，整手使用 12 個(gè)直流伺服電機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。與 Okada 相比， Stanford/JPL 手的靈活性有較大的改善，但其控制系統(tǒng)也更為復(fù)雜。

3）1982 年美國(guó)麻省理工學(xué)院和猶他大學(xué)聯(lián)合研制了 Utah/MIT 靈巧手，該手具有 4 個(gè)手 指，每個(gè)手指有 4 個(gè)自由度，采用 2n 腱（n 個(gè)手指）傳動(dòng)設(shè)計(jì)，整手共 32 個(gè)驅(qū)動(dòng) 器。手指的配置類似人手的拇指、食指、中指和無(wú)名指，都連接手掌且相對(duì)于手掌進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)。

第二階段是從 20 世紀(jì) 90 年代到 2010 年。

受益嵌入式硬件的發(fā)展，這一階段的多指 靈巧手有著更高的系統(tǒng)集成度和更加豐富的感知能力。例如：

1） 美國(guó)研制了用于國(guó)際空間站艙外作業(yè)的宇航員靈巧手 Robonaut hand，由 1 個(gè)手 腕和 5 個(gè)手指組成，共 14 個(gè)自由度，由于使用了腱繩張力傳感器，整手的運(yùn)動(dòng) 控制更加準(zhǔn)確。

2） 德國(guó)宇航中心先后研制成功了 DLR-Ⅰ和 DLR-Ⅱ靈巧手，共集成了 25 個(gè)傳感器， 包括類似人工皮膚的觸覺傳感器、關(guān)節(jié)扭矩傳感器、位置傳感器和溫度傳感器 等，靈巧手在靈活性和感知能力方面有顯著提升。

3） 意大利 IIT 研制的 iCub 靈巧手集成了 12 個(gè)觸覺傳感器，48 個(gè)壓力傳感器和 17 個(gè)位置傳感器以實(shí)現(xiàn)靈巧的操作和豐富的感知能力，系統(tǒng)集成度的提高和感知 能力的豐富使得多指手在操作時(shí)更加靈巧。

第三階段是從 2010 年至今。

第二階段高度系統(tǒng)集成的靈巧手具有靈活性和功能 性的優(yōu)勢(shì)，但是系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致制造成本較高，并且降低了系統(tǒng)的可靠性和 易維護(hù)性。因此，簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高魯棒性是近十年靈巧手設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向。 例如，立命館大學(xué)設(shè)計(jì)的 Ritsumeikan Hand、以及 HERI Hand、SPRING hand 等靈巧 手采用了欠驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)器數(shù)量少于手指關(guān)節(jié)自由度）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)簡(jiǎn)化。 欠驅(qū)動(dòng)手雖然以簡(jiǎn)化的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了抓取任務(wù)，但是由于欠驅(qū)動(dòng)自身特性使得操作能力 受到限制，所以目前靈巧手難以同時(shí)具備魯棒性和功能性。

查看更多相似文章