传统刚性抓手输出力大、承载力强，但固有的高刚度使其难以操纵脆弱物品。而柔软的软抓手具有天然的顺应性，可以安全，便捷的操纵各种较脆弱物品。但一方面大多软抓手仍难以操纵水母、香灰、烟灰等非常脆弱的物品，另一方面软抓手的输出力和承载能力即便引入各种变刚度机制也仍十分有限。

针对这两个问题，来自华中大的科研团队设计出两款具有优异抓取性能的刚柔耦合多指抓手，为极大拓宽机械抓手的抓取上下限分别提供了解决方案。两项研究均于近日发表于机器人领域顶级期刊《Soft Robotics》。相关方案可为后续高性能软机械的开发提供参考，而两款抓手在未来也有望被用于野外勘探、工业分拣、人机交互等多个场景。

气动手爪在生产线上的应用

随着科技的不断发展，工业自动化已经成为现代工业生产的重要组成部分。为了提高生产效率和质量，工程师们一直在寻求创新的解决方案。近年来，气动手爪作为一种新型工具的应用逐渐受到关注，并在工业自动化领域中得到广泛应用。

气动手爪是一种基于气压原理驱动的机械手臂，它具有可靠性高、响应速度快、精度高等特点，可以实现对各种物体的抓取。与传统的机械手臂相比，气动手爪更加灵活多变，能够适应不同形状、大小和重量的物体。这使得它在工业生产中的应用范围更加广泛。

首先，在自动化装配线上，气动手爪可以代替人工进行零部件的装配和拆卸。传感器可以帮助机械手爪准确地识别和定位零部件，然后通过气压的控制实现精确的抓取动作。这种自动化装配方式不仅提高了生产效率，还减少了人为因素的介入，从而提高了产品的质量和一致性。

其次，在物流领域，气动手爪可用于自动化堆垛机器人和拣选系统中。它可以轻松地抓取各种形状和尺寸的箱子、包裹或货物，并将它们放置在指定的位置。通过与其他自动化设备的配合，这种气动手爪可以实现高效的物流操作，大大提升了仓储和物流行业的工作效率。

此外，在危险环境下，如化工厂或核电站等场所，气动手爪也发挥着重要的作用。它可以代替人工进行危险品的搬运和处理，减少工人接触有害物质的风险。同时，机械手爪的精确控制能力可以确保危险品的安全操作，避免事故的发生。

然而，虽然气动手爪在工业自动化中的应用前景广阔，但仍面临一些挑战。其中之一是创新设计和开发适应不同工业需求的气动手爪。另一个挑战是提高气动手爪的灵活性和精度，使其可以更好地适应多样化、个性化的生产要求。

综上所述，气动手爪作为提升工业自动化水平的新趋势，正在得到广泛应用。它在自动化装配、物流和危险环境等领域都展现出了巨大的潜力。然而，还需要进一步的研究和创新来推动气动手爪技术的发展，以满足不断变化的工业需求，实现更高效、更安全、更智能的工业自动化生产。

一种欠驱动刚柔耦合双驱气动抓手

6月14日下午，由华中大校党委研工部主办的“第二届华中科技大学研究生机器人创新设计大赛”决赛顺利举行。经过线上答辩及专家评审，共4支参赛团队斩获佳绩，并包揽比赛前三名，其中iRobotCNC团队获得一等奖，“力拔千钧”团队、“TUFBOT”团队获得二等奖，“奔腾后浪”团队获得三等奖。

“力拔千钧”团队的参赛作品是“一种欠驱动刚柔耦合双驱气动抓手”，由吴志刚老师指导参赛。该作品巧妙的将刚性机构与软体手指结合，实现了大范围内抓取性能的平稳过渡，还设计了相应的新型电容传感器，赋予其感知力大小与分布的能力。该作品在生物样本采集、工业分拣以及人机交互等领域均有着广泛的应用前景。

我们知道，人的手指是一种由指骨、肌腱、肌肉等单元构成的刚柔耦合多关节系统。这样的系统凭借一个相对紧凑的结构，可以同时实现宽的输出力范围、优异的顺应性与超强的稳定性这三点引人注目的性能。

而我们今天要介绍的这款仿生抓手，它的性能便有望和我们的手指相“媲美”。首先，它不仅可以温柔的捏起脆弱的薯片和果冻，也可以提起沉重的电机和重达27kg的哑铃。其次，它还具有优异的顺应性，并可容许被抓取物品具有3cm的位置偏差。最后，它可以在不同重力方向、外力冲击以及急剧速度变化下均保持高的稳定性。

这款仿生抓手如此优异的性能背后，到底藏着怎样的秘密呢？这还得从我们手指的解剖结构说起。研究发现，我们手指宽的输出力范围背后是手指指骨与肌腱间的刚柔协作，优异的顺应性则是得益于手指具有多种相互间可灵活切换的稳态位姿，而超强的稳定性则是手指的软结构吸收冲击和刚性结构定形减振的组合效果。本款抓手，便是基于人类手指的这三点生物学原理设计而来。

首先，将刚性气缸驱动的欠驱动刚性骨架与软致动器并联，并让二者在不同模态中交替主导。通过刚柔致动器的取长补短，获得宽的输出力范围。其次，通过结构设计，赋予仿生手指与人类手指类似的多种自由切换的稳态位姿，允许其在与外界交互过程中被动自适应切换，获得优异的适应性。最后，将软致动器对冲击的吸收能力与欠驱动刚性骨架的定形和阻尼减振能力结合，获得了高的稳定性。

无损的捏起香灰、烟灰甚至活金鱼

深海之下，往往充满了未知的风险。长期的水下任务会导致严重的减压病 (DCI)。据2011 年美国劳工统计局记录，潜水员的平均职业死亡率是全国平均职业死亡率的 38 倍。水下捕捞作为潜水员的典型任务之一，使用水下机器人加抓取手代替潜水员，可以有效减少对潜水员的健康伤害，提高水下作业的效率。虽然思路很明确，但是实践起来却困难重重。开发具有自适应抓取和感应能力的机器人抓取手充满了挑战性。

章鱼身上最显著的特点，是那8条灵活自如的手臂。大多数的章鱼只有柔性手臂，表面分布有粘性吸盘。所以它们的力气也是大的惊人。不同于大多数的章鱼，发光章鱼的背膜覆盖了它的大部分臂长，形成独特的伞形，这样的特点可以通过防止动物从手臂间隙逃逸并增加抓取摩擦力来有效提高大物体和活体动物的抓取可靠性。

该抓取手可以利用吸嘴被覆盖时发生的流量变化而产生触觉感知能力，分辨出各种物体的尺寸。因此，在浑浊的水下环境中，当机器视觉失效时，该抓取手的触觉可以发挥重要作用。该抓取手具有出色的吸力和抓取能力，可以产生单独吸力抓取，单独吸盘闭合抓取及吸力和吸盘闭合共同作用抓取的三种抓取模式。实验展示了该抓取手可以抓取多种形状（平面或非平面）和尺寸的物体、散落的多个物体、活体（乌龟和金鱼）、超重物体和超出抓取范围的物体等。此外，由于吸盘由柔软的硅胶材料制成，因此可以在没有损害的前提下实现对水下动物的抓取。

实验结果发现，所抓取的动物都可以通过打开抓取手吸盘回到水中自由游泳。该仿生软体抓取手由吸盘产生吸力与闭合进行抓取形成的独特的混合抓取模式，使得其无论是在空气中还是水下都展示出了出色的抓取能力。这个仿生软体抓取手的应用前景可谓非常广泛。未来，研发团队计划将它应用于水下打捞、物流分类、流水线上异类物体的选择和放置等场景。

文章来源： 机器人大讲堂，华中科技大学，奥特美旭