整合連桿驅動的擬人機器人靈巧手更接近人類能力
[導讀]：
機器人手執行多項與人手相似的驚人功能，因此在執行的任務方面具有很高的靈活性。然而，在保持人類水平的靈巧性和抓握力等重要功能的同時，開發沒有額外驅動部件的整合手是具有挑戰性的。驅動部件很難將這些手整合到現有的機械臂中，從而限制了它們的適用性。基於連桿驅動機構，開發了一種整合連桿驅動的靈巧擬人機械手ILDA手，它集成了驅動和感測所需的所有部件，具有很高的靈巧性。它具有以下特點：15自由度（20個關節），指尖受力34N，體積小（最大長度：218mm）無附加部件，重量輕1.1kg，和觸覺感知能力。涉及日常生活中使用的工具的實際操作任務是透過安裝在商用機器人手臂上的手來執行的。演示表面該靈巧手可完成握剪刀剪紙和用鑷子轉移晶片等複雜人手動作。
隸屬於韓國多個機構的一組研究人員開發了一種具有與人手相似的能力的機器人手。在他們發表在《Nature Communications》雜誌上的論文中，該小組描述了他們如何在保持手的尺寸和重量足夠低以連線到機器人手臂的同時實現高水平的靈巧性。
圖 1：ILDA 概述。a ILDA 手的配置，由五個帶有指尖感測器的機器人手指、整合執行器的手掌側以及控制器和附件組成。b 帶蓋子的 ILDA 手。c 易於將 ILDA 手連線到開發的機械臂。d 使用ILDA手進行的抓握和操作日常生活工具等動作，表現出細膩而有力的抓握。引用自DOI：10.1038/s41467-021-27261-0
建立機器人與靈活性，力量和靈活性的手人類的手是工程師，通常情況下，某些屬性被丟棄，使他人一項艱鉅的任務。在這項新的努力中，研究人員開發了一種基於連桿驅動機制的新型機器人手，使其能夠像人手一樣進行鉸接。他們透過對現有機器人手進行調查並評估其優勢和劣勢來開始他們的工作。然後，他們制定了一份他們認為自己的手應該具備的功能清單，例如指尖力量、高度可控性、低成本和高靈巧性。
研究人員將他們的新手稱為整合的、連桿驅動的靈巧擬人 (IDLA) 機器人手，就像它的人類手一樣，它有四個手指和一個拇指，每個手指都有三個關節。而且和人手一樣，它也有指尖感測器。這隻手也只有 22 釐米長。總體而言，它有 20 個關節，可以提供 15 度的運動——它也很結實，能夠產生 34 牛頓的壓碎力——而且它的重量僅為 1.1 公斤。
1、機器人手指機構的運動學結構：
a機械手解釋的機制。b手指的運動學結構。c由三個線性運動產生的手指的 3-DOF 運動。d無論 MCP 關節如何運動，都可以驅動 PIP 關節的屈曲和伸展。e MCP 關節的屈曲和伸展。f MCP 關節的外展和內收。
2、機器人靈巧手手指的結構：
a機械手指的配置。b手指手掌側的分解圖。c手掌側上部的分解圖。d ILDA 手的配置。手部包括五個手指、三個連線板、一個電機驅動板和一個主MCU板。
3、製造的 ILDA機器人靈巧手：
4、手指的製作：
a,機械零件。
b,組裝過程。
5、ILDA靈巧手的力量抓握測試:
a實驗裝置來評估指尖的力量，控制能力，以及開發的手的力感測效能。b當手指施加的力按順序逐步增加時測得的力資料。c正弦施加力時測得的力資料。d機械手擠壓鋁罐，抓握力強。e機器人手拿著一個雞蛋，抓地力很細膩。
研究人員製作了幾個影片來展示手的能力，包括壓碎汽水罐、用剪刀剪紙以及輕輕握住雞蛋。他們還展示了機械手從微晶片上撕下薄膜、操縱網球和舉起重物。也許最令人印象深刻的是手使用鑷子夾起小物體的能力。
研究人員指出，這隻手也是完全獨立的，這意味著它幾乎可以輕鬆安裝到任何機器人手臂上。他們還表示，它的能力使其成為將微型晶片應用於電路板等應用的理想選擇。
6、ILDA手的操作效能測試：
手透過拿著和操縱剪刀來剪紙的實驗。b實驗機器人抓住鑷子並操縱鑷子的尖端來抓取和移動一個小物體。
結論：
基於連桿機構設計了靈巧的擬人機械手。所開發的機械手的機構確保了連桿驅動機構的原有優勢，如關節雙向控制、魯棒性、易於製造和維護。同時保證20個關節的15-DOF主動運動，手指間足夠的工作空間，以及高指尖力（34 N）；它還重量更輕（1.1 kg），尺寸緊湊（最大長度：218 mm），併為感測器整合提供了空間。它可以很容易地連線到現有的商用機械臂或正在開發的機械臂上，因為所有部件都整合在手中，無需額外的部件，例如前臂。
迄今為止，已經開發了許多靈巧的機械手，但由於複雜的製造工藝和維護困難導致成本高昂，它們的普遍使用受到了限制。預計其適用性將透過功能和成本的考慮擴充套件到實際研究領域和行業。而該創新靈巧手演示的用剪刀剪紙是非常有意義的。此外，用鑷子轉移晶片的實驗將對科學進步產生重大影響。
