集成连杆驱动的拟人机器人灵巧手更接近人类能力

集成连杆驱动的拟人机器人灵巧手更接近人类能力机器人手执行多项与人手相似的惊人功能，因此在执行的任务方面具有很高的灵活性。然而，在保持人类水平的灵巧性和抓握力等重要功能的同时，开发没有额外驱动部件的集成手是具有挑战性的。驱动部件很难将这些手集成到现有的机械臂中，从而限制了它们的适用性。基于连杆驱动机构，开发了一种集成连杆驱动的灵巧拟人机械手ILDA手，它集成了驱动和传感所需的所有部件，具有很高的灵巧性。它具有以下特点：15自由度（20个关节），指尖受力34N，体积小（最大长度：218mm）无附加部件，重量轻1.1kg，和触觉感知能力。涉及日常生活中使用的工具的实际操作任务是通过安装在商用机器人手臂上的手来执行的。演示表面该灵巧手可完成握剪刀剪纸和用镊子转移芯片等复杂人手动作。隶属于韩国多个机构的一组研究人员开发了一种具有与人手相似的能力的机器人手。在他们发表在《NatureCommunications》杂志上的论文中，该小组描述了他们如何在保持手的尺寸和重量足够低以连接到机器人手臂的同时实现高水平的灵巧性。图1：ILDA概述。aILDA手的配置，由五个带有指尖传感器的机器人手指、集成执行器的手掌侧以及控制器和附件组成。b带盖子的ILDA手。c易于将ILDA手连接到开发的机械臂。d使用ILDA手进行的抓握和操作日常生活工具等动作，表现出细腻而有力的抓握。引用自DOI：10.1038/s41467021272610创建机器人与灵活性，力量和灵活性的手人类的手是工程师，通常情况下，某些属性被丢弃，使他人一项艰巨的任务。在这项新的努力中，研究人员开发了一种基于连杆驱动机制的新型机器人手，使其能够像人手一样进行铰接。他们通过对现有机器人手进行调查并评估其优势和劣势来开始他们的工作。然后，他们制定了一份他们认为自己的手应该具备的功能清单，例如指尖力量、高度可控性、低成本和高灵巧性。研究人员将他们的新手称为集成的、连杆驱动的灵巧拟人（IDLA）机器人手，就像它的人类手一样，它有四个手指和一个拇指，每个手指都有三个关节。而且和人手一样，它也有指尖传感器。这只手也只有22厘米长。总体而言，它有20个关节，可以提供15度的运动它也很结实，能够产生34牛顿的压碎力而且它的重量仅为1.1公斤。1、机器人手指机构的运动学结构：a机械手解释的机制。b手指的运动学结构。c由三个线性运动产生的手指的3DOF运动。d无论MCP关节如何运动，都可以驱动PIP关节的屈曲和伸展。eMCP关节的屈曲和伸展。fMCP关节的外展和内收。2、机器人灵巧手手指的结构：a机械手指的配置。b手指手掌侧的分解图。c手掌侧上部的分解图。dILDA手的配置。手部包括五个手指、三个连接板、一个电机驱动板和一个主MCU板。3、制造的ILDA机器人灵巧手：4、手指的制作：a,机械零件。b,组装过程。5、ILDA灵巧手的力量抓握测试：a实验装置来评估指尖的力量，控制能力，以及开发的手的力传感性能。b当手指施加的力按顺序逐步增加时测得的力数据。c正弦施加力时测得的力数据。d机械手挤压铝罐，抓握力强。e机器人手拿着一个鸡蛋，抓地力很细腻。研究人员制作了几个视频来展示手的能力，包括压碎汽水罐、用剪刀剪纸以及轻轻握住鸡蛋。他们还展示了机械手从微芯片上撕下薄膜、操纵网球和举起重物。也许最令人印象深刻的是手使用镊子夹起小物体的能力。研究人员指出，这只手也是完全独立的，这意味着它几乎可以轻松安装到任何机器人手臂上。他们还表示，它的能力使其成为将微型芯片应用于电路板等应用的理想选择。6、ILDA手的操作性能测试：手通过拿着和操纵剪刀来剪纸的实验。b实验机器人抓住镊子并操纵镊子的尖端来抓取和移动一个小物体。结论：基于连杆机构设计了灵巧的拟人机械手。所开发的机械手的机构确保了连杆驱动机构的原有优势，如关节双向控制、鲁棒性、易于制造和维护。同时保证20个关节的15DOF主动运动，手指间足够的工作空间，以及高指尖力（34N）；它还重量更轻（1.1kg），尺寸紧凑（最大长度：218mm），并为传感器集成提供了空间。它可以很容易地连接到现有的商用机械臂或正在开发的机械臂上，因为所有部件都集成在手中，无需额外的部件，例如前臂。迄今为止，已经开发了许多灵巧的机械手，但由于复杂的制造工艺和维护困难导致成本高昂，它们的普遍使用受到了限制。预计其适用性将通过功能和成本的考虑扩展到实际研究领域和行业。而该创新灵巧手演示的用剪刀剪纸是非常有意义的。此外，用镊子转移芯片的实验将对科学进步产生重大影响。

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