韩国研发既灵活又坚硬的机械手，可轻松抓鸡蛋、剪纸、夹芯片和压碎罐头！

在保持人手般灵巧度和抓握力等重要功能的同时，开发无需额外驱动部件的集成机器手是一项挑战。现在，新的解决方案来了。 

近日，来自韩国的科研团队基于连杆驱动机构，开发了一种集成连杆驱动的灵巧拟人机器手，称为 ILDA，这只机器手有15个自由度（20个关节）、34N的指尖力、紧凑的尺寸（最大长度：218 mm），无需额外部件，拥有1.1 kg的低重量和触觉感应能力。

这种机械手可以安装到现有商业机械手臂上，执行从抓握鸡蛋到使用剪刀和镊子等各种各样的任务，相关论文发表于14日的英国《自然-通讯》杂志。

“ILDA”概览图

人体全部206块骨骼中，有54块在手上，相当于骨骼总数的四分之一，而驱动这些骨骼的手部肌肉结构也极其复杂。正因如此，人类手的运动看似平常，却涉及相当高的灵巧水平，从精细物体的抓取到繁复工具的操作，人手能执行多种任务。而解释人手极其复杂的功能，迄今为止仍然是一个尚未解决的挑战。

▍“ILDA”机械手运动方案

为了实现有效的抓取运动，业内其实已经开发出了很多相对灵巧的拟人机器手，他们能够自适应抓取一些物品。而在这篇论文中，研究人员们则侧重于分析研发具有高灵巧度的多自由度手，灵巧机器手的代表性核心元素分为以下几个方面：电机直接驱动、肌腱驱动以及连杆驱动机构。基于电机直接驱动机构开发的手是一种常见结构，可以直观地相对于关节定位电机，直接或使用齿轮或正时皮带轮驱动关节。这种结构可以具有高的接头驱动效率，并且容易将接头布置在所需位置。

机械手指运动结构

其实，早在约翰·霍普金斯 APL 实验室开发的 MPL v2.0 机器手就显示出了高灵巧度，具有 22 个自由度的主动式，并且设计紧凑，集成了执行器和电子设备，能够进行人类水平的自然运动和触觉反馈。然而，手的大小和性能高度依赖于电机，尤其是手指部分，使用高端规格的电机或驱动力传输部件会增加成本，此外，由于电机的重量，手指处的惯性很高，因此需要复杂的控制机构，如果没有致动器技术的创新，很难实现紧凑、轻便和高性能。

Shadow Robot 机器手（来源：Shadow Robot）

基于对现有机器手方案的分析，研究人员们得出结论，机器人手必须具备以下优势：灵活性、指尖力、可控性、鲁棒性、低成本、低维护和紧凑性。此外，所有部件应该都能嵌入到手本身中，并包括上述所有功能，由此开发一种集成连杆驱动的灵巧拟人机器手（ILDA）。

通过指尖传感器确定接触点处接触力的大小，并将相同的力施加到指尖和参考传感器上，手指施加的力依次递增，而 25 mA 电流每 2 秒递增一次，这个手指施加的最大力在伸展姿势为 28 N，弯曲姿势为 34 N，验证了手指施加的静态力的准确性，平均误差为 0.9 N。响应通常匹配良好，无临界误差，在执行精细任务时具有实现力控制的巨大潜力。

轻轻拿起一颗鸡蛋，既不会用力过度捏爆它，也不会力道过轻把它摔地上，对人类来说是与生俱来的本领，对机器人来说却是个大挑战。“ILDA”成功做到了这一点，表明该机械手在触觉传感、反馈机制、精细操作等方面有了巨大进步。

机器手进行各种抓握测试和精细化操作（来源：Nature Communications）

▍未来应用

目前，ILDA 机器手可以很容易地连接到现有的商业机械臂或正在开发的机械臂上，而不需要额外的部件，关键优势在于手部表现出高性能，并且零件配置与手部本身相结合。

虽然业界已经开发出了许多相对灵巧的机器人手，但由于复杂的制造过程和维护困难导致的高成本限制了它们的商业化落地使用，而这款ILDA机器手的适用性，将通过功能和成本的综合优化，能够扩展到实际研究领域和许多行业应用，推进机器手的进一步研究。

手作为人类最复杂的器官之一，机械手的发展愈发接近生活。正如以色列作家尤瓦尔•赫拉利在《未来简史》中所说：“以前的科技只是作为人类的工具，而未来的科技即将改变人类本身。”在未来，如此灵活的机器手，是否可以应用于残障人士，我们拭目以待。

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