耶鲁大学超灵活机械手模仿人类“手掌手指”机制，万物皆可抓还能“盘核桃”

机械手能灵巧到什么地步？

机器人顶刊《Science Robotics》的最新封面又一次颠覆了小编对机械手的三观。

这只机械手可以抓取任意大小、形状的物体，小到骰子，大到一个大麦片盒：

说它万物皆可抓还真不夸张。

还可以自动调整最佳抓取方式，帮你挤点蛋黄酱：

更厉害的是，它能像人手一样，作出"盘核桃"的动作：

这是耶鲁大学机械工程和材料科学系的研究人员开发的一种采用笼子机制的机械手，叫做"ModelW"，万物都能抓，像人手一样灵活！

模仿人手机制，手掌手指相结合

机械手通常作为机械臂的末端夹具存在，但是相比人手的功能，还是远远不及的。

大多数的机器手仅通过用"手指"操纵物体来完成抓取任务，而忘了重要的一点——人手是手掌与手指相结合使用的。

研究人员以人手的手掌与手指为灵感，创造了一种称为"笼子机制"的结构，机械手的底座充当"手掌"，四根"手指"互相相对，在抓握物体时，物体两侧的手指利用手掌形成"笼子"形状。

所有的"手指"带有中指指关节，用六个伺服电机与车轮和滑轮相结合来移动手指，整体设计非常容易让人联想到伐木工使用的抓斗器，但机械手更加灵巧。

机械手"Model W"在简单的抓握物体时，采用了开环策略，"手掌"和"手指"的每个关节上的伺服系统都被简单地命令到一个期望的设定点，控制器可以在没有对象位置的反馈的情况下执行抓握，速度快且无缝衔接。

视觉伺服控制，可"盘"多种形状物体不掉落

"Model W"这名字确实很符合机械手的形象，在手指向两侧张开时，整个机械手的造型就像个大写的"W"。不难看出，"W"有一个很大的完全连接的工作空间，可以连续"盘"各种形状的物体且不会掉落。

研究人员测试了机械手"盘"物体的能力，这里使用的是一种视觉伺服控制器，它在几个原始抓取（手掌的左右移动、手指的捏合等动作）之间进行插值，同时限制每个关节电机的扭矩输出。

被"盘"的物体是几个尺寸大小不同的立方体和球体，为了实现视觉控制，这些物体均贴上了aruco标记，这是一种二进制基准标记，常用于计算机视觉中的姿态估计。

使用该控制器，机械手在支持平面上"盘"立方体会随机生成目标路径点，允许系统连续运行，直到每个物体的运动到达200个路径点。

 视觉控制还能让机械手"看到"被抓物体的形状，来看看它玩的这个小游戏——论如何把对的物体塞进对的洞里：

OpenHand项目，更多机械手"触手可及"

机械手"Model W"源自耶鲁大学Openhand项目，这是一个专门开发各种机械手的开源项目，这里不仅有Model W，还有Model O、Model T、Model Q等各种各样的机械手。

研究人员称："市售的机械手通常很昂贵，为特定平台定制，并且难以修改。OpenHand项目的建立旨在涉及一系列的开源机械手，用户可以进行自己的设计修改和变化，这位更多的新型机械手打开了大门，将提供比现有机械手更多的功能。

Openhand项目网址戳下方：

https://www.eng.yale.edu/grablab/openhand/#hands

【参考文献】

http://dx.doi.org/10.1126/scirobotics.abd2666

https://techxplore.com/news/2021-05-highly-dexterous-robot-caging-mechanism.html

来源：机器人大讲堂