折纸风格的机器人指尖，具有变形功能

使用一对设计变形的指尖进行一个例子掌握。

为了执行涉及移动或处理物体的任务，机器人应该根据这些物体的属性及其周围环境迅速调整其抓握和操作策略。然而，迄今为止，大多数机器人手都具有固定和限制的结构;因此，它们可以执行有限数量的运动，并且只能抓住特定类型的对象。

香港科技大学的研究人员最近研制出一种机器人指尖，可以改变其形状，并切换出三种不同的配置，从而可以掌握更广泛的物体。这个指尖的独特设计，在今年国际自动化科学与工程大会（CASE）上介绍的论文中概述，灵感来自折纸，著名的日本折纸艺术。

"我们的研究受到当前研究和工业应用的两个共同观察的启发，"进行这项研究的两位研究人员张子城和张雅增通过电子邮件告诉TechXplore。"第一个与过去研究开发并行夹持器有关，这可能有助于实现工业自动化。这些夹持器需要精心挑选的夹点，否则可能无法实现静态平衡。

几十年来，研究人员一直在尝试开发控制机器人抓握器的抓地力的技术。但是，大多数现有方法都存在重大限制，因此无法阻止它们跨不同的对象进行良好概括。Kan、Zhang及其同事进行的研究的第一个目标是开发一种触手可及的指尖，这种指尖可以执行各种姿势。

Kan和张说："过去启发我们研究的另一个观察是，为了稳定的把握，工程师必须设计一个固定在平行夹持器上进行操纵的特定钳子，例如拾取和放置等。"当装配线上的物料以不同的形状更改时，这非常繁琐，这会导致夹钳的手动更换效率低下。我们创建的变形指尖有助于缓解或克服此问题。

由Kan、Zhang及其同事创建的机器人指尖设计基于他们之前研究中介绍的其他机器人结构。例如，在2019年，研究人员用扁平的指尖制作了一个折纸风格的单片软抓斗。虽然此夹持器也会变形和改变形状，但由于指尖的平整度和柔软度，其有效载荷和灵巧性能较差。

"我们组的博士生宋浩然先生以前也发表了一篇关于接触面聚类的论文，展示了三个典型的接触基元，用于表示主要的地方几何形状，"Kan和张先生说。"这些安装在平行夹持器上的指尖在不同的物体上进行了测试，表明抓手的可行性和稳定性。本文启发我们设计了一个变形指尖，在三个接触基元中具有其形态结构。

由Kan、Zhang和他们的同事在香港科技大学开发的新折纸形状变形指尖有两个主要组成部分：一个软折纸骨架，作为指尖的变形表面和电机驱动的四杆连接，作为驱动和传输机制。

在三种变形模式下接触指尖的基元。

研究人员在指尖的中心放置了一个球关节，以实现三维自由旋转和支撑顶部表面。此外，他们还使用伺服电机（即一类旋转执行器）独立控制放置在软折纸骨架上的四个叶面。

Kan和张解释道："每个叶面上不同姿势的组合，可以实现多种配置，实现不同的抓握模式，例如凸模、凹模和倾斜平面模式。"我们的运动模型可以模拟和预测这些模式。

研究人员评估了他们的指尖在有效机器人抓握时可以达到的三种变形模式。例如，他们测试了凸模式的有效性，即旋转和捏握，执行功率抓握的凹模和用于手操作和重新定向的倾斜平面模式。

总的来说，他们发现他们开发的指尖具有许多优势特征，包括能够在不同变形的原始和抓握模式之间，以及基于手头任务的稳定和灵巧的抓握模式之间快速移动的能力。指尖的配置由他们使用运动模型进行有效模拟和引导。

配置空间内的轨迹跟踪。

Kan和张解释道："我们推出了一种新的解决方案，满足机器人抓握的适应和灵巧性要求，可以同时应用于学术和工业环境，而不会增加额外的额外费用。"我们的设计可以通知未来的工程，尝试用紧凑、可控和变形的指尖解决这些问题。

将来，Kan、Zhang及其同事设计的变形指尖可以集成在一些现有和新开发的类人机器人上。由于成本相对较低（即制造成本约为 5 美元（不包括控制板），因此它可以帮助自动化装配线流程，降低根据现有抓手可以操纵的产品形状不断变化的成本。

虽然这个研究小组创造的指尖取得了非常有希望的结果，但在商业化之前，仍有一些问题需要解决和测试。例如，目前其实际性能与运动模型的预测存在差异，Kan、Zhang和他的同事计划通过稍微改变其设计和制造工艺来解决其未来作品。

Kan和张说："我们计划在未来研究的另一个领域是小型化，使用更小的电机和更紧凑的结构，以便指尖可以轻松地集成在机器人手上。"此外，目前，该结构在变形时使用开环控制策略。传感在实际应用中对强大的最终效应器起着重要作用，因此我们还将尝试在未来添加此功能。

（编辑：莆田站长网）

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