機器人手爪的研究現狀與進展

摘? ? 要：對于機器人手爪而言，它既是機器人末端的執行器，又是主動感知工作環境信息的感知器。它是一個高度集成并具備著多種感知功能以及智能化的機電系統，涉及到的研究領域非常多。本文主要分析以及研究目前專用和通用機器人手爪設計的優點和缺點，得出相應的結論，為今后的機器人手爪研究做好良好的鋪墊，同時對未來發展的方向做出更多的展望。

關鍵詞：機器人;手爪;研究;現狀與發展

引言：隨著社會科學的進步與發展，各行各業開始加強關注機器人的使用狀況，因此，機器人的應用領域正在不斷地擴大。人類開始慢慢研究將機器人用于海洋資源探測、軍事偵察以及空間探測等領域。隨著機器人的快速發展，機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注以及發展。由于機器手爪的重要性，全球各個國家成功研制出了多種通用和專用的機器手爪，由此可見，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年代開始，隨著各個國家的推動下，機器人的研究被列入重點發展，在這種大力發展的時代背景下，機器手爪的研究也邁入了一個全新的發展時期。

一、機器人手爪的研究現狀

（一）傳動和驅動系統

機器人手爪在研究的過程中，無論是重量、體積還是它的操作性等在各種指標上都存在著巨大的差別，主要是因為手爪采用的轉動和驅動的方式不同。按照驅動源而言，手爪主要可以劃分為液壓、電機以及氣動和形狀記憶合金等。由于機器人的靈巧，手傳動系統可以促使驅動器產生的力和運動通過一定的方式傳遞到手指的每一處關節，從而促進關節做出相應的運動。但是還有一點需要加強注意，雖然驅動源直接影響了手爪的體積以及重量，最終取決于傳動系統的依舊是手爪的穩定性以及靈活性。

（二）智能感知系統

1.傳感器的研制

空間機器人想要獲得外部以及內部環境的信息，那就需要通過傳感器的協助才能完成。提升機器人的作業水平能力和自主能力需要具備豐富的感知。其中，主要的研究內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計和信息的融合以及多傳感器的集成。對于手爪上的配置而言，傳感器主要包含了視覺傳感器和力覺。視覺和力覺作為空間機器人手爪中最主要的信息。

2.信息融合處理

在智能機器人發展的過程中，面臨著一個非常重要的問題，那就是機器人對于自身模型的不精準性以及非結構化環境帶來的不確定性。想要良好的解決這類問題，那就需要發展智能傳感系統，同時，提升機器人在復雜環境下的適應能力以及自主能力是最主要的辦法。另外，加強傳感器信息的處理方式，才能實現機器人自主完成的功能。

3.其他方面的研究

對于一些特殊環境的機器人而言，例如空間機器人或者是水下機器人，在研究手爪的過程中需要合理控制每一個細節。加強細節在模擬環境中的試驗，才能確保手爪系統的可靠性以及穩定性。其中主要包含了控制系統的試驗、防輻射試驗以及高低溫試驗和機械潤滑試驗等，另外就是微重力環境試驗和電路冗余備份。對于在空間艙外工作的機器人手爪而言，這種重要性是需要每一位研究人員牢記的。可靠抓取作為所有手爪設計的前提條件，整個手爪需要劃分系統乃至整個機器人系統都需要進行區分。其中，主要的研究內容包含了手爪機械結構的適應性以及空間環境的安全性和控制系統的精確性等。另外，控制和結構的簡單化是提升手爪安全性和可靠性的一個重要措施。在開展空間機器人手爪設計之前，通過仿真軟件對抓取過程的每一個細節進行模擬，才能準確并且及時發掘存在的問題。

二、機器人手爪的研究進展

對于研究機器人手爪的關鍵點就在于它的安全性、智能性以及適應能力。只有確定了機器人手爪的安全可靠性才能確保機器人在工作中的萬無一失，由此可見，將 手爪的控制系統以和結構簡單化是非常重要的。對于艙外的專用手爪而言，加強設計機械的柔順結構才能改善自由飛行機器人控制系統的精準誤差，及時發現角度的偏差以及吸收現存的微小位置，可以加強自動對接的同時及時捕捉到目標。服務機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的影響，提高手爪智能化可以加強手爪的本地化決策，從而降低通訊量，以及減少地面的干預，同時降低出錯的情況。對于機器人手爪未來的進展來看，主要具備幾下幾個趨勢 ：

（一）機器人手爪仿生的發展

在制造機器人這條道路上，研究人員需要不懈努力并且堅持 制造出像人手一樣的機器人手爪是主要的追求目標。也就是說，無論是傳動系統還是驅動系統，或者是制造類的皮膚傳感器，研究人員都是嘗試從仿生的角度去進行研究模擬。簡單來說，就是對人工肌肉的模擬或者是對皮膚傳感器的模擬等。

（二）機器人手爪集成化以及小型化的發展

在制造機器人手爪的過程中，手爪的重量以及體積是非常重要的，優化手爪的尺寸以及重量這個是每位研究人員 需要加強重視的，打造小型化以及集成化的機器人手爪是未來研究道路上的重點。

（三）主動獲取信息技術的發展

在機器人傳感器的研究工作中可發現，原本的被動感知正在朝著主動感知慢慢轉變。對于被動感知而言，其信息比較局部，盲人是通過大腦的記憶以及結合手臂去感受環境的信息，通過這種現象讓研究人員明確了解到機器人傳感器的研究正從被動感知向著主動感知的轉變，被動感知的信息是局部的信息，而盲人對環境信息的感受是通過手臂，大腦記憶等協同完成主動式的感知過程可以更快的獲取到外部環境以及內部環境的信息

結束語

隨著社會科技技術的發展，機器人的發展也隨之提升了不少。全球各地各行各業都開始采用機器人代替人工操作，并且在多個行業領域內廣泛使用，同時也取得了較好的效果。在使用機器人的期間，其應用的范圍以及操作的方式和移動范圍有著直接的關系。機器人手爪作為機器人的重要組成部分，它的功能就如同人類手一樣，在機器人的系統中作為主要的執行機構，因此，加強機器人手爪的設計與研究 ，才能確保機器人行業的可持續性發展。

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作者簡介：聶波（1982.9一），男，漢族，籍貫湖北咸寧，碩士，講師，研究方向：機電一體化、工業機器人。

課題名稱： 一種多功能工業機器人末端執行器的設計研究? 編號：2019B002