機器人手爪的研究現狀

 對機器人的研究正在逐步深入，機器人的應用領域也在不斷拓展。在這個階段，機器人不再僅僅是搬運用的工業機器人，在這一階段，正在開發用于危險環境作業的高科技機器人，可以說機器人是從電影中走出來的，而在機器人發展的過程中，機器人最關鍵的部件——機器人爪子也受到了非常重要的關注。目前，機器人手爪正在經歷一個從簡單到復雜，從笨拙到靈巧的過程，由于機器人手爪的重要性，國外一些發達國家已經成功研制出多種通用機器人手爪，大大提高了手爪的靈活性。

 機器人不同于我們人類，由于機器人爪子的應用環境比人類多得多，所以機器人爪子的抓取程度、控制能力、適應能力和自主性已經成為機器人爪子設計水平的標準。性能好的機器人一般都能實現快速穩定的抓取動作，因此研究開發一種性能優良的機器人手爪是一個困難的課題，目前機器人手爪的主要研究內容包括以下幾個方面：

 每個機器人的體積和靈活度不同，所以機器人手爪的性能指標差別很大，造成這種情況的主要原因是機器人手爪的驅動方式和傳動方式不同，一般爪子分為液壓、電機、形狀記憶合金等。根據驅動源產生驅動力，機器人的傳動系統會將驅動力產生的力以一定的方式傳遞給機器人手爪。讓它做相應的動作，傳動系統的設計其實和駕駛員息息相關，雖然驅動源會影響機器人手爪的體積和重量，但手爪的抓取穩定性是由傳動系統控制的。

根據傳動和驅動方式，我們將機器人手爪視為連桿傳動方式，手動驅動模式、欠驅動模式、形狀記憶合金驅動模式和其他驅動模式。這里需要說明的是其他驅動模式；一般來說，手爪驅動器會通過螺紋將旋轉轉化為直線運動，并拉動驅動器和手指之間的彈簧來產生動作。每個手指的動作實際上是相互獨立的，使得驅動更加靈活，但這種驅動模式使得機器人手爪的手指閉合時間過長。然后是機器人手爪非常復雜的部分，可以說，機器人手爪是整個機器人零件最多的地方，如果長時間關閉爪子的手指，可能會出現故障。

機器人之所以能夠獲取內外環境信息，主要來源是傳感器。機器人只有提高自身的感知能力，才能獲得超高的自主操作；傳感器的發展主要是在傳感器的配置上，然后是新型傳感器的設計，傳感器的集成，信息的融合。機器人手爪上的傳感器配置主要是視覺傳感器和距離傳感器，因為視覺和距離感是機器人手爪最重要的信息。

 目前困擾人們的智能機器人問題主要是環境和機器人自身模型的不準確造成的。這個問題給開發出來的機器人帶來了很大的不確定性。隨著科學技術的不斷發展，人們逐漸找到了解決這個問題的方法，那就是開發智能傳感系統，同時需要逐步提高機器人在相對復雜環境下的超感知能力。在目前的機器人開發過程中，開發機器人所需的感知和傳感系統是非常關鍵的，因為感知和傳感系統的開發可以使機器人在未知的復雜環境中工作。

 大多數機器人手爪的形狀與我們人類的手相似，這也是通過探索人類的抓握機制發展出來的。一些機器人開發了一種可以抓取任何形狀物體的手爪，可以有效地完成許多抓取任務，然而，目前機器人手爪的多指協調操作和相應的控制技術還不能滿足一些精細操作的需要，也就是說，機器人手爪的實用性還很欠缺。分析多指抓取的細微運動與力之間的作用，實際上是研究機器人抓取的穩定性。

 目前，把機器人手爪分為擬人爪和非擬人爪。擬人手爪主要是根據人手的形狀開發的；人有一雙非常靈巧的手，是經過幾千年的進化逐漸形成的，人的手結構非常緊湊，在抓東西和操作東西時極其靈活；目前，多指靈巧手已經研制成功。這種手主要用于為失去雙臂的人安裝假肢，雖然這種手的靈活性很差，但對于失去雙臂的人來說，這是一種希望。中國最早研制的手是著名的張啟生院士，當時研制的機械手功能比較簡單，但填補了國內機器人手爪研究的空白。

 研究機器人手爪的目的是方便人們的生活，其關鍵在于安全性和高智能性。安全可靠性主要是進一步保證機器人工作時的安全性和穩定性。此外，要求開發的機器人手爪能有效處理微小位置和角度偏差等問題，機器人手爪的智能化研究能有效提高機器人手爪的精度；機器人手爪的智能化研究，可以像我們人類用大腦控制手一樣，有效降低出錯的可能性。