一種非常簡單但功能強(qiáng)大的機(jī)械手，叫作SoftHand 2

機(jī)器人圈子里有個(gè)段子，一旦發(fā)生了機(jī)器人動(dòng)亂，你只要在家關(guān)好門就能自保，因?yàn)楝F(xiàn)在的機(jī)器人還不會(huì)開門。盡管目前的機(jī)器人在精度、速度、一致性要求很高的任務(wù)上表現(xiàn)優(yōu)異，但它們?nèi)圆荒芎芎玫赝瓿刹倏v門把手這樣日常生活中的基本任務(wù)。這是由于人類根據(jù)自己的身體特點(diǎn)創(chuàng)造了人造環(huán)境的大部分設(shè)計(jì)，而機(jī)器人要能在其中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、操作，就必須擁有和人類一樣的感知能力和一雙靈巧的手， 而這也恰是自然界中最精密復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

目前對(duì)于機(jī)械手的研究和應(yīng)用十分火熱，而抓取一直是其中最為重要的研究熱點(diǎn)。最近，比薩大學(xué)和意大利理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種非常簡單但功能強(qiáng)大的機(jī)械手，叫作SoftHand 2，只需兩臺(tái)電機(jī)即可運(yùn)行。而著名的靈巧機(jī)械手Shadow Dexterous則需要20個(gè)馬達(dá)，和昂貴的價(jià)格。

像其他機(jī)械手一樣，SoftHand2也是通過“肌腱”的原理，也就是利用線纜來拉動(dòng)手指，但線纜以一種更新穎的方式排列。它不使用一串電纜連接到單個(gè)手指，而只使用一條驅(qū)動(dòng)纜繩通過滑輪組迂回連接每個(gè)手指。這看起來雖然沒那么靈活，但是能夠極大地減少成本和功耗。

機(jī)械手SoftHand2的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式和纜繩纏繞方式

在最初設(shè)計(jì)這一機(jī)械手時(shí)，研究人員只用了一個(gè)電機(jī)構(gòu)建一個(gè)更簡單的版本，SoftHand。負(fù)責(zé)系統(tǒng)開發(fā)的機(jī)器人專家Cosimo Della Santina表示“只用一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的基本思想在于當(dāng)你轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，肌腱的長度會(huì)縮小，這樣就會(huì)迫使手掌合攏”。

由于關(guān)節(jié)的彈性，會(huì)讓肌腱和手指再次舒展成平坦的手掌。如果你想用它來抓球，效果會(huì)很好。但因?yàn)槭种競(jìng)冃枰蚨嗷蛏俚囊恢乱苿?dòng)，但這樣的構(gòu)造不足以進(jìn)行精細(xì)的操作任務(wù)。

SoftHand2的各種手勢(shì)

通過增加一個(gè)電機(jī)，SoftHand 2能夠顯著地提高靈活性。讓我們來看看上面的圖片，每個(gè)肌腱的末端都會(huì)連接到手腕上兩個(gè)馬達(dá)中的一個(gè)。如果以相同的方向運(yùn)行電機(jī)，肌腱的長度會(huì)縮短，那么就能得到圖中a、b、c、d的手勢(shì)，這與單電機(jī)版本的SoftHand原理相同。反之，如果在相反的方向上運(yùn)行電機(jī)，那么就會(huì)出現(xiàn)e、f、g、h的手勢(shì)，一個(gè)電機(jī)會(huì)釋放肌腱，而另一個(gè)電機(jī)則將它卷入。

兩個(gè)電機(jī)不同的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)和對(duì)應(yīng)的手勢(shì)，以及一些應(yīng)用

Della Santina 說，“如果一個(gè)肌腱穿過了很多的滑輪，那么肌腱的張力就會(huì)變得不恒定”。比如，如果一個(gè)電動(dòng)機(jī)正在拉動(dòng)，則肌腱末端的張力會(huì)提高。如果這時(shí)候另一個(gè)電機(jī)正在放出肌腱，那么該方面的張力會(huì)降低。通過這種方式利用張力，SoftHand所需的控制電纜要比典型的機(jī)械手要少得多，同時(shí)仍然可以讓所有這些手指擺動(dòng)。

你看看上面的GIF動(dòng)畫，就可以看到明顯感受到添加一個(gè)額外電機(jī)產(chǎn)生的差異。左邊只有一個(gè)電機(jī)，右邊用了兩個(gè)電機(jī)。單電機(jī)版本簡單粗暴的抓取方式需要讓所有的手指包裹住球。然而，兩個(gè)電機(jī)版本可以讓肌腱的張力不同，從而可以更靈巧的只用兩個(gè)手指捏住球。 手指捏的紙幣效果也一樣，如下。

盡管SoftHand只使用了兩個(gè)電機(jī)，但它仍可以完成一系列令人印象深刻的操作。

它還可以和各種機(jī)械臂組合實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。

它可以伸出食指來拉開工具箱，或?qū)⒁粡埣垙淖烂嫔贤舷聛?，甚至還可以擰開罐子。

工作累了來杯茶

哪一天，說不定還能給你打電話呢~

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人專家Lerrel Pinto說，“要讓機(jī)器人能夠?qū)W習(xí)并執(zhí)行炫酷的任務(wù)往往要求系統(tǒng)十分可靠且相對(duì)復(fù)雜，但這通常也就意味著高昂的價(jià)格。SoftHand機(jī)械手能夠做到價(jià)廉物美實(shí)屬不易，相對(duì)而言，它是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的，因?yàn)樵蕉嗟碾姍C(jī)意味著成本越高。但它能夠用于自主學(xué)習(xí)嗎？它足夠可靠和魯棒嗎？能夠勝任成千上萬次的抓取嗎？這些實(shí)際應(yīng)用中的問題都有待更深入的研究?！?/p>

SoftHand2對(duì)于實(shí)現(xiàn)一些需要靈巧操作的場(chǎng)合十分有用，雖然不能像更復(fù)雜的機(jī)械手一般靈活，但它通過簡單的方式提供了更靈巧的抓取功能。相信隨著研究的深入，它會(huì)給我們更驚艷的表現(xiàn)。

如果你也想做一只這樣靈活的額機(jī)械手，那么看看下面的圖紙和論文，操練起來吧~~