哈尔滨工业大学(中国)研究团队于2022年10月14日在期刊《机械工程前沿》上发表了他们的研究成果。几十年来，研究人员一直致力于设计机械手来模仿人类双手的灵巧性，并掌握和操纵物体。然而，这些早期的机械手无法承受非结构化环境中可能出现的物理冲击。一个研究小组现在开发了一种用于灵巧手的紧凑型机器人手指，它也可以承受工作环境中的物理冲击。
机器人通常在不可预测的、有时不安全的环境中工作。当多指机械手需要在非结构化的环境中工作时，物理碰撞是不可避免的，例如障碍物快速移动的环境或者机器人需要与人类或其他机器人进行交互的环境。
这些撞击产生的能量会损坏机械手的硬件系统。目前，灵巧手是刚性的，因此容易受到物理冲击和碰撞而损坏。需要能够承受物理冲击的强壮灵巧的手的机器人。研究小组致力于创造一种机器人手指，它可以模仿人类手指的灵巧性以及吸收和承受物理冲击的能力。
“这将使灵巧手具有更好的机械鲁棒性，从而解决由刚性驱动的灵巧手在非结构化环境中容易受到物理碰撞损坏的问题，”中国哈尔滨工业大学教授刘仪伟说。
当前与机器人相关的技术使用可变刚度致动器系统。这些系统旨在使机器人手的灵巧成为可能。在人体中，肌肉的自然硬度和柔韧性随着手头的任务而变化。变刚度驱动器根据要执行的任务给机器人手带来类似于人的灵活性和刚度调节。
可变刚度致动器由两个致动器驱动。这意味着机械手系统必须有两套减速器、驱动装置和传感器。因为变刚度致动器的复杂性、重量和体积已经增加，所以它不能用作制造紧凑灵巧手的解决方案。
为了克服这些挑战，研究小组开发了一种对抗性可变刚度手指机构。基于齿轮传动，这种手指比目前的索驱动灵巧手更可靠，更容易制造和维护。机械坚固手指基于机械被动顺从的概念，其中机器人操作器和刚性环境之间的接触力是受控的。
手指可以吸收物理冲击，同时具有调节刚度的能力，具体取决于任务的要求。这种指状机构的优点在于，它提供了可调节的刚度功能和非常紧凑的结构，而没有额外致动器的重量和复杂性。
该团队开发的手指原型重480克，由合金材料和3D打印材料制成。该小组对手指进行了一系列抓握和操作测试。他们用各种不同大小的典型物体——圆柱形物体、矩形物体和球形物体3354来测试手指的抓取能力。事实证明，他们的手指机构在承受物理冲击方面很强，同时，他们在力量、抓握和操纵方面都很出色。
展望未来的研究，团队计划增加手指的刚度调节范围，同时试图使其尺寸和重量更加紧凑。最终目标是设计制造一只完整灵巧的手。“这项研究对于提高灵巧手在非结构化环境或物理交互任务中的操作水平具有重要意义，”刘教授说。
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