机器人|轻松抓鸡蛋、剪纸、夹芯片，这只“机械爪”堪比人手( 二 )
连杆驱动机构是我们日常生活中常用的机构 。基于这一机制开发的手通过一个结构促进关节在所需方向上的运动，该结构可将多个连杆组合在一起，从致动器传递动力，这类机器手具有接头的双向控制、鲁棒性以及易于制造和维护等优点 。然而，它们很难实现多自由度运动并保持较大的工作空间，特别是在串联机器手（如手指）中 。肌腱薄而灵活，因此可以通过旋转轴独立驱动每个关节，但连杆相对较厚且较硬，使得这种配置难以实现 。
通过对现有机器手方案的分析，研究人员们得出结论，机器人手必须具备以下优势：灵活性、指尖力、可控性、鲁棒性、低成本、低维护和紧凑性 。此外，所有部件应该都能嵌入到手本身中，并包括上述所有功能，由此开发一种集成连杆驱动的灵巧拟人机器手（ILDA） 。
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图｜ILDA 概述，配置包括五个带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等（来源：Nature Communications）
新的方案通过并联和串联机构的融合构建，通过连杆组合实现掌指关节（MCP）的 2 自由度运动和近端指间关节（PIP）的 1 自由度运动，可发挥每个关节作用的小零件的选择、零件放置和配置，以实现所需的自由度运动和驱动角度，以及高效的动力传输结构，以获得高指尖力及其后驱动能力 。通过将六轴力/扭矩（F/T）传感器连接到指尖，可确保手的力感应能力 。利用所设计的手指，研究人员开发出一种具有 15 个自由度和 20 个关节的五指机器手 。
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图｜机器人手指的结构（来源：Nature Communications）
在实际应用中，它是通过解决电路板布局和布线问题来构建的，确保了电子设备的紧凑性 。所有电机都集成在手掌中，有五个手指和指尖传感器，可以通过简单的连接配置轻松地连接到一般机器人手臂上 。
在实验中，这个全新的机器手能抓取各种形状物体的可能性，提供强大的抓取力，并确保抓取时的精细度 。最后，通过使用剪刀剪纸和用镊子拾取小物件的试验，验证了手的高利用率，复制了日常生活中人手执行的工具操作 。
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图｜ILDA 机器手灵活抓握能力（来源：Nature Communications）
性能再上新台阶研究人员对 ILDA 机器手性能进行了一些分析 。在连杆驱动机构方面，设计的关键在于实现一个连杆驱动的机器人手指机构，该机构具有类似人类手指的 3 自由度运动，具有窄手指大小的工作空间，以确保机器人手的灵巧性 。
大多数连杆驱动的机器人手指只实现了两个关节从属的 1 或 2 自由度运动，通过三个棱柱关节处的线性位移，研究人员开发了手指3自由度运动的组合，通过旋转电机和滚珠丝杠的组合产生三个线性位移，三个电机可以同时产生三自由度运动并产生高力输出 。
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