机器人手爪的研究现状与进展

摘    要：对于机器人手爪而言，它既是机器人末端的执行器，又是主动感知工作环境信息的感知器。它是一个高度集成并具备着多种感知功能以及智能化的机电系统，涉及到的研究领域非常多。本文主要分析以及研究目前专用和通用机器人手爪设计的优点和缺点，得出相应的结论，为今后的机器人手爪研究做好良好的铺垫，同时对未来发展的方向做出更多的展望。

关键词：机器人;手爪;研究;现状与发展

引言：随着社会科学的进步与发展，各行各业开始加强关注机器人的使用状况，因此，机器人的应用领域正在不断地扩大。人类开始慢慢研究将机器人用于海洋资源探测、军事侦察以及空间探测等领域。随着机器人的快速发展，机器手爪作为最主要的零部件，它在研究的期间也获得了一定的关注以及发展。由于机器手爪的重要性，全球各个国家成功研制出了多种通用和专用的机器手爪，由此可见，手爪的可靠性以及灵活性在某种程度上得到了很大的提升。从80年代开始，随着各个国家的推动下，机器人的研究被列入重点发展，在这种大力发展的时代背景下，机器手爪的研究也迈入了一个全新的发展时期。

一、机器人手爪的研究现状

（一）传动和驱动系统

机器人手爪在研究的过程中，无论是重量、体积还是它的操作性等在各种指标上都存在着巨大的差别，主要是因为手爪采用的转动和驱动的方式不同。按照驱动源而言，手爪主要可以划分为液压、电机以及气动和形状记忆合金等。由于机器人的灵巧，手传动系统可以促使驱动器产生的力和运动通过一定的方式传递到手指的每一处关节，从而促进关节做出相应的运动。但是还有一点需要加强注意，虽然驱动源直接影响了手爪的体积以及重量，最终取决于传动系统的依旧是手爪的稳定性以及灵活性。

（二）智能感知系统

1.传感器的研制

空间机器人想要获得外部以及内部环境的信息，那就需要通过传感器的协助才能完成。提升机器人的作业水平能力和自主能力需要具备丰富的感知。其中，主要的研究内容包含了传感器的配置以及选择，除此之外，就是全新的传感器设计和信息的融合以及多传感器的集成。对于手爪上的配置而言，传感器主要包含了视觉传感器和力觉。视觉和力觉作为空间机器人手爪中最主要的信息。

2.信息融合处理

在智能机器人发展的过程中，面临着一个非常重要的问题，那就是机器人对于自身模型的不精准性以及非结构化环境带来的不确定性。想要良好的解决这类问题，那就需要发展智能传感系统，同时，提升机器人在复杂环境下的适应能力以及自主能力是最主要的办法。另外，加强传感器信息的处理方式，才能实现机器人自主完成的功能。

3.其他方面的研究

对于一些特殊环境的机器人而言，例如空间机器人或者是水下机器人，在研究手爪的过程中需要合理控制每一个细节。加强细节在模拟环境中的试验，才能确保手爪系统的可靠性以及稳定性。其中主要包含了控制系统的试验、防辐射试验以及高低温试验和机械润滑试验等，另外就是微重力环境试验和电路冗余备份。对于在空间舱外工作的机器人手爪而言，这种重要性是需要每一位研究人员牢记的。可靠抓取作为所有手爪设计的前提条件，整个手爪需要划分系统乃至整个机器人系统都需要进行区分。其中，主要的研究内容包含了手爪机械结构的适应性以及空间环境的安全性和控制系统的精确性等。另外，控制和结构的简单化是提升手爪安全性和可靠性的一个重要措施。在开展空间机器人手爪设计之前，通过仿真软件对抓取过程的每一个细节进行模拟，才能准确并且及时发掘存在的问题。

二、机器人手爪的研究进展

对于研究机器人手爪的关键点就在于它的安全性、智能性以及适应能力。只有确定了机器人手爪的安全可靠性才能确保机器人在工作中的万无一失，由此可见，将 手爪的控制系统以和结构简单化是非常重要的。对于舱外的专用手爪而言，加强设计机械的柔顺结构才能改善自由飞行机器人控制系统的精准误差，及时发现角度的偏差以及吸收现存的微小位置，可以加强自动对接的同时及时捕捉到目标。服务机器人手爪仍需要提高它的通用性，主要是为了让手爪可以适应各种被抓取物体形状的能力。除此之外，由于很多手爪在操作的期间受到操作通讯限量或者大延时的影响，提高手爪智能化可以加強手爪的本地化决策，从而降低通讯量，以及减少地面的干预，同时降低出错的情况。对于机器人手爪未来的进展来看，主要具备几下几个趋势 ：

（一）机器人手爪仿生的发展

在制造机器人这条道路上，研究人员需要不懈努力并且坚持 制造出像人手一样的机器人手爪是主要的追求目标。也就是说，无论是传动系统还是驱动系统，或者是制造类的皮肤传感器，研究人员都是尝试从仿生的角度去进行研究模拟。简单来说，就是对人工肌肉的模拟或者是对皮肤传感器的模拟等。

（二）机器人手爪集成化以及小型化的发展

在制造机器人手爪的过程中，手爪的重量以及体积是非常重要的，优化手爪的尺寸以及重量这个是每位研究人员 需要加强重视的，打造小型化以及集成化的机器人手爪是未来研究道路上的重点。

（三）主动获取信息技术的发展

在机器人传感器的研究工作中可发现，原本的被动感知正在朝着主动感知慢慢转变。对于被动感知而言，其信息比较局部，盲人是通过大脑的记忆以及结合手臂去感受环境的信息，通过这种现象让研究人员明确了解到机器人传感器的研究正从被动感知向着主动感知的转变，被动感知的信息是局部的信息，而盲人对环境信息的感受是通过手臂，大脑记忆等协同完成主动式的感知过程可以更快的获取到外部环境以及内部环境的信息

结束语

随着社会科技技术的发展，机器人的发展也随之提升了不少。全球各地各行各业都开始采用机器人代替人工操作，并且在多个行业领域内广泛使用，同时也取得了较好的效果。在使用机器人的期间，其应用的范围以及操作的方式和移动范围有着直接的关系。机器人手爪作为机器人的重要组成部分，它的功能就如同人类手一样，在机器人的系统中作为主要的执行机构，因此，加强机器人手爪的设计与研究 ，才能确保机器人行业的可持续性发展。

参考文献：

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[2] 何雪军;王进;陆国栋;唐小林;;自锁式茶梗夹持器设计[J];农业机械学报;2014年04期

[3]文怀兴;柳建华;鲁剑啸;;基于ADAMS的夹持机械手虚拟设计及其结构优化[J];机械设计与制造;2018年03期

作者简介：聂波（1982.9一），男，汉族，籍贯湖北咸宁，硕士，讲师，研究方向：机电一体化、工业机器人。

课题名称： 一种多功能工业机器人末端执行器的设计研究  编号：2019B002