淺談機器人的靈巧手

來源：CAAI認知系統與信息處理專委會編輯：創澤時間：2020/6/16 主題：其他 [加盟]

人類的進化過程中，伴隨著工具的發展，對人手的靈巧精準操作能力要求也越來越高，這個過程也逐漸改變和進化了大腦結構。而如何能讓機器人像人一樣擁有靈巧雙手，一直也是科學家們追求的目標。

至少從十六世紀末開始，科學和工程界就一直在努力開發類似人手的感覺和運動功能的機械手，其中包括運動功能(抓、握、推、拉、打孔、操作等)和感覺功能(主動和被動地探索表面的質地、濕度和溫度，以及振動、壓力和力的感覺等)，并最終形成社會功能(愛撫、威脅、握手、指指點點、敬禮、玩耍和各種手勢，包括自愿和非自愿)。盡管人們對手如此著迷，但仍然無法完全理解它們。這也是為什么機械手仍然是機器人技術中最難的挑戰之一的原因之一。

研究人員試圖通過復雜的設計來仿造人類雙手的外觀和靈活性，并集成了許多驅動器和傳感器，例如猶他/MITH、RobonautHand、DLR(Deutsches Zentrum für Luft- undRaumfahrt)Hand II、Gifu Hand II、Shadow Dexterous Hand及清華大學孫富春團隊開發的系列靈巧手等。雖然目前有很多實驗樣機，但在工業機器人、服務機器人甚至假肢方面，實際應用數量仍然有限。為了增加推廣，近年來已經提出了一些新的方法和解決方案，以開發有效和可靠的靈巧手。事實上，雖然實現了完美的結構和功能擬人化——即不僅在外觀上，而且在動作和功能上與人類的手相似（可能會過于復雜），但近年有趨勢旨在實現穩健的、易于編程的、經濟實用的靈巧手，能夠執行人手操作功能的子集。

回顧近幾年的機器人操作比賽情況，如亞馬遜采摘挑戰賽、DARPA機器人挑戰賽、IROS機器人操作比賽等，大多數復雜的抓取技術都受到了挑戰，這些比賽表明，以簡化設計為目標的方法能帶來顯著的效益。第1屆亞馬遜采摘挑戰賽的獲勝者是一個基于抽吸系統的末端效應器；在DARPA機器人挑戰賽中采用的仿人機器人都沒有完全驅動的擬人手，超過15個團隊(25個參賽者中)使用的是一個只有3或4個手指的低驅動手；幾次的IROS機器人抓取和操縱比賽中，都是簡易機械手獲取冠軍，反而是復雜多功能的靈巧手在比賽中失利。

在過去的幾十年里，許多機器人研究小組都專注于極簡主義設計方法。在保留擬人化設計的許多優點的同時，在設計和控制方面進行原則性的簡化，可以合理地降低系統的復雜度，包括執行器、傳感器和程序代碼的數量。此外，軟體機器人方法也很有用，近年有根據這樣的原理設計的機械手，在抓取的通用性、魯棒性和可靠性方面取得了很好的效果。