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。
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