仿人机械手设计与硬度感知研究

张 颖， 赵长盛， 苑文博， 郝丽娜

(东北大学 机械工程与自动化学院， 辽宁 沈阳 110819)

为提高机器人的拟人化程度，更好地帮助人类完成工作，开发具有适应性、实用性和智能性的仿人机械手系统已经成为目前仿人机器人领域的重要发展方向之一.

近年来，多种不同驱动方式的机械手不断涌现，可以分为驱动外置式和驱动内置式两类.驱动内置式机械手将驱动器、控制器和传感器系统置于灵巧手内部.1998年，第一个完全内置式多指灵巧手DLR-I[1]采用腱驱动形式，共有4个手指，12个自由度.该机械手独立于机械臂系统，属于局部自主系统.但内置式机械手整体尺寸较大，灵活性较低，维护难度大.驱动外置式机械手多将驱动系统置于机器人前臂，通过绳索或形状记忆合金等传递驱动力/力矩，驱动各手指完成抓取任务.如著名的Bridgwater等[2]和Kochan等[3]，将驱动器及控制器集成于机器人的前臂中，实现手指关节的单独控制，完成抓取操作.驱动外置式机械手可以极大减小本体尺寸，灵活性较高.

在实际应用中，研究者更多地关注机械手稳定自适应抓取能力.人手可以通过复杂的触觉感知系统识别物体硬度，进而采取合适的抓取力[4-6].然而，大多数机械手只具备基本的压力传感.例如日本Gifu大学研发的Gifu hand III[7]指尖位置集成了800多个传感阵列点，可以很好地模拟人手触觉，完成对物体的接触识别；德国航天航空中心在DLR hand[8]指端集成了6维力传感器，从而完成接触力反馈.然而，它们……