| 标题 | 机器人手爪的研究现状与进展 |
| 范文 | 王志超 摘 要：机器人的手爪是一个高度集成的具备多感知功能的机电系统，是一个主动感知工作环境信息的感知器，同时它也是机器人末端的执行器。机器人的设计和研究涉及了很多个研究的领域，本文主要分析了机器人手爪设计存在的优点和缺点以及手爪上应用传感器和控制的研究现状，最后总结了今后机器人手爪的研究方向和研究的重点。 关键词：机器人手爪；传感器；传动系统；研究现状；研究进展 0 前言 机器人的研究正在逐渐的深入，而且机器人的应用领域也在不断的扩大当中，现阶段出现的机器人不再是单纯做搬运工作的工业型机器人了，现阶段正在研制的是高科技的用于危险环境作业的机器人，可以说机器人从电影当中走了出来，而在机器人的发展过程当中，机器人最关键的一个部件机器人手爪也受到了非常重要的关注。目前机器人手爪正在从简单到复杂，从笨拙到灵巧的一个过程，由于机器人手爪的重要性，目前国外的一些发达国家已经研制成功了多种通用的机器人手爪，使得手爪的灵活性得到了非常大的提高。 1 机器人手爪的研究内容 机器人和我们人类是不同的，由于机器人手爪的应用环境要比人类的应用环境多很多，所以手爪的抓取度、控制能力、适应能力、自主能力就成为了机器人手爪设计水平的标准，一般性能很好的机器人，它的手爪可以实现快速稳定的抓取动作，因此研究开发一个性能优良的机器人手爪是一项很难的工程，目前对机器人手爪的主要研究内容包括以下几个方面： 1.1 传动系统 每一个机器人的体积和灵活性都是不同的，所以机器人手爪的各项性能指标都是有很大区别的，出现这一情况的主要原因是因为机器人手爪所采用的驱动方式和传动方式不同，一般手爪按照驱动源的方式被分为了液压、电机以及形状记忆合金等，机器人的传动系统会将驱动器产生的力以一定的方式传递到机器人的手爪上，让其做相应的动作，，传动系统的设计其实和驱动器是紧密相关的，虽然驱动源能够影响到机器人手爪的体积和重量，但是手爪的抓取稳定性却是由传动系统掌握的，我们将机器人手爪按照传动和驱动的方式将手爪分为了连杆传动方式、人工肌肉驱动方式、欠驱动方式、形状记忆合金驱动方式以及其他传动方式这里需要说明的是其他传动方式，一般情况下，手爪驱动器会通过螺纹将旋转转变为直线运动，通过拉动驱动器和手指之间的弹簧来产生动作，各个手指的动作其实是相互独立的，驱动起来更加的灵活，但是这种传动方式使得机器人手爪的手指闭合时间过长，再有就是机器人手部的部件非常的复杂，可以说机器人手爪是整个机器人部件最多的地方，如果手爪的手指闭合时间长的话，有可能会出现故障。 1.2 智能感知系统 1.2.1 研制传感器 机器人之所以能够获取内部和外部的环境信息，主要的获取来源就是传感器，机器人只有提高自身的感知才能够获得超高的自主作业，对传感器的研制主要是在传感器的配置上，再就是对新型传感器的设计以及传感器的集成与信息的融合。在机器人手爪上的传感器配置主要是一个类似于视觉的传感器以及距离传感器，因为视觉和距离感是一个机器人手爪最为重要的信息。 1.2.2 信息处理与信息融合 现阶段困扰人们的智能机器人问题主要是所处的环境以及机器人自身模型的不精确带来的问题，这一问题给研制出来的机器人带来了很大的不确定性，而随着科学技术的不断发展，人们逐渐的找出了解决这一问题的方法，就是要发展智能传感系统。与此同时还要逐渐的提高机器人在相对复杂的环境下所具备的超强感知能力，在目前的机器人研制过程当中，发展机器人所需要的传感和感知系统是非常关键的，因为发展了传感和感知系统就可以让机器人在未知的复杂环境中进行工作。 1.3 机器人手爪抓取稳定性的研究 大部分的机器人手爪的形状和我们人类的手形状差不多。这也是通过探索人类的抓取机理而研制出来的，有的机器人已经开发出了一种能够抓取任意形状物体的手爪，能够有效的完成多项抓取任务。但是目前的机器人手爪的多指协调操作和相应的控制技术还不能很好的满足一些细微操作的需求，也就是说机器人手爪的实用化还差一点。分析多指抓取细微运动与力之间的作用其实就是对机器人手爪抓取的稳定性进行研究。 2 机器人手爪的研究进展 目前人们将机器人手爪分为了拟人手爪和非拟人手爪，拟人手爪主要是指根据人类手的形状研制的，人拥有一双非常灵巧的双手，经过几千年的演变才逐渐形成的，人手的结构非常的紧凑，在抓取事物以及操作物品方面都显得及其灵活，目前已经研制成功的拟人手爪有多指灵巧手，这种手爪主要用来给失去手臂的人安装的假肢，虽然这种手爪的灵活性是很差的，但是对于失去手臂的人来说却是一种希望，在我国最早研制手爪的是我国著名的张启生院士，当时研制出来的机器人手爪虽然功能相对比较简单。但是却填补了国内机器人手爪研究的空白。 3 机器人手爪的关键性问题 研究机器人手爪的目的就是方便人们的生活，其关键在于手爪的安全可靠性以及极高的智能性，安全可靠性主要是为了进一步的确保机器人在工作的时候能够安全稳定，此外还要求研制出的机器人手爪在微小位置以及角度偏差等问题上都能够有效的应对，而对手爪的智能化研究则能够有效的提高机器人手爪的准确性，对机器人手爪进行智能化的研究就好比我们人类用大脑控制手一样，能够有效的减少出错的可能性。 参考文献： [1]赵杰.空间智能机器人多传感器集成手爪系统的研究[D].博士学位论文， 哈尔滨：哈尔滨工业大学，1996. [2]解传芬.舱外移动机器人多传感器手爪研制[D].硕士学位论文，合肥：中科院合肥智能机械研究所，2000（7）. |
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