近年来,人形机器人领域的探索日渐升温,随着机器人系统的复杂度增加,对构成其核心的零件——尤其是灵巧手——提出了更高的要求。灵巧手作为实现类人抓取和操作物体的关键组件,需兼具高精度运动、成本效益及易制造性,成为各大零部件制造商的核心追求。
近期,麻省理工学院的研究团队创新推出一款高精度灵巧手,其采用模块化设计,既便于升级也利于生产。此设计旨在解决机器人领域的一大挑战:如何打造一个与人类手相近、具备灵活处理日常生活任务能力的高机动性灵巧手。此类灵巧手通常需配备大量执行器,这虽提升了灵活性,但也增加了机构设计的复杂性和制造、维护成本。同时,软材料的应用虽能提供与物理世界的良好互动与安全性,但其复杂性也限制了模型构建。
这款灵巧手借鉴了人类食指的结构,包含四根骨头,通过三个销关节相连,其远端指骨关节内嵌入沿直径方向磁化的磁体,实现更灵活的运动。此外,设计中集成角度传感器板,并置于中指骨的关节内,以增强操作精度。
为了降低成本,研究团队着重于减少复杂且高昂的组件数量,即便面临高精度要求,依然力求在保证复杂动作执行的同时,降低整体成本。模块化设计带来的另一优势是,可根据实际需求调整手指数量,极大地满足了用户的个性化需求。只需简单调整组件布局,即可实现不同类型的抓取或适应多种应用场景。
这款灵巧手的刚性和软性部件易于获取,特别是骨骼部分可通过3D打印快速制造,磁体、传感器和电缆等关键部件亦能轻松采购。而外部“皮肤”的制作则采用简单工艺,首先利用3D打印技术制作模具,再以此成型硅胶手指。
在实测中,研究团队成功组装了一个五指机械手原型,并对其性能进行了评估。结果显示,该机械手能够模仿人类抓取动作,稳定地抓取不同尺寸和硬度的物品,包括塑料杯、钢笔和圆形塑料环等。
未来,团队计划进一步增强拇指的旋转自由度,设计紧凑手腕以适配电子设备,并开发更智能的操作和抓握控制策略,以提升机械手的性能与实用性。