灵巧手是机器人操作和动作执行的末端工具,在机器人学领域属于末端执行器的范畴。从
运动学的观点看,灵巧手需满足两个条件:指关节运动时能使物体产生任意运动、指关节固定时能完全限制物体的运动,按照运动学理论,满足上述条件至少要 3 个手指和 9 个自
由度。
因此,我们定义灵巧手是指数≥3,自由度≥9 的末端执行器。例如日本的 TWENDY-ONE
机器人,其灵巧手拥有 4 根手指和 13 个自由度。
从形态和功能上看,灵巧手经历了两指夹持器、多指抓持手和多指灵巧手三个发展阶段:
两指夹持器
两指夹持器通过模仿手指的夹持运动来抓持物体,能够在执行动作的同时夹住和松开目标
物体。其优点是结构简单,运动形式稳定,工作可靠,在工业现场常应用于目标零部件的
夹取、搬运、换位、装配等。但由于缺乏手指的灵活性,不能对复杂形状的目标进行抓持,
无法对目标物体实施操作。该类夹持器已有多种标准化的产品,例如德国 SCHUNK 公司的
气动平行爪夹持器、FESTO 公司的气动夹持器等。
多指抓持手
多指抓持手按照功能不同分为联动型抓持手、多关节手指抓持手和软体多指抓持手。
多指灵巧手
机器人多指灵巧手的研究始于 20 世纪 70 年代,有 3 款典型代表产品,
分别是日本的 Okada、美国的 Stanford/JPL 和 Utah/MIT。这三只灵巧手是研究初始
阶段的典型代表,为后续仿人型多指灵巧手研究建立了理论基础。
特斯拉公布了 6 种规格的执行器,旋转执行器采用谐波减速器+电机的方案,线性执行器采用丝杠+电机的方案,对于手掌关节,其采用了空心杯电机+蜗轮蜗杆的结构
人形机器人有更强的柔性化水平,更好的环境感知能力和判断能力,首要需要解决的问题是如何实现像人一样去运动,能够兼顾可靠性
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型伺服驱动器有三种类型,分别为常规伺服驱动器,SEA 伺服驱动器,本体伺服驱动器;主要由力矩电机,谐波减速器,电机编码器,输出编码器,驱动板,制动器组成
控制系统根据指令及传感信息,向驱动系统发出指令,控制其完成规定的运动,控制系统主要由控制器(硬件)和控制算法(软件)组成
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仿人形机器人既需要极强的运动控制能力,其核心 构成包括驱动装置(伺服系统+减速器),控制装置(控制器)和各类传感器,数量和质量要求可能更高
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