第一階段是從 20 世紀 70 年代——20 世紀 90 年代。

這一階段有 3 款典型代表產品， 分別是日本的 Okada、美國的 Stanford/JPL 和 Utah/MIT。這三只靈巧手是研究初始 階段的典型代表，為后續(xù)仿人型多指靈巧手研究建立了理論基礎。

1）1974 年日本“電子技術實驗室”成功研制了 Okada 靈巧手，它有 3 根手指和 1 個手掌， 拇指有 3 個自由度，另外兩根手指各有 4 個自由度。手指的每個關節(jié)由電機驅動，通 過鋼絲和滑輪機構實現(xiàn)運動和動力傳遞，可以完成螺栓擰進螺母等操作。

2）20世紀80年代初美國斯坦福大學成功研制了Stanford/JPL靈巧手，該手有3個手指， 每指有 3 自由度，手指使用 n+1 腱(n 個手指)設計，即每個手指采用 4 條腱繩傳 遞運動和動力，整手使用 12 個直流伺服電機作為關節(jié)驅動器。與 Okada 相比， Stanford/JPL 手的靈活性有較大的改善，但其控制系統(tǒng)也更為復雜。

3）1982 年美國麻省理工學院和猶他大學聯(lián)合研制了 Utah/MIT 靈巧手，該手具有 4 個手 指，每個手指有 4 個自由度，采用 2n 腱（n 個手指）傳動設計，整手共 32 個驅動 器。手指的配置類似人手的拇指、食指、中指和無名指，都連接手掌且相對于手掌進 行運動。

第二階段是從 20 世紀 90 年代到 2010 年。

受益嵌入式硬件的發(fā)展，這一階段的多指 靈巧手有著更高的系統(tǒng)集成度和更加豐富的感知能力。例如：

1） 美國研制了用于國際空間站艙外作業(yè)的宇航員靈巧手 Robonaut hand，由 1 個手 腕和 5 個手指組成，共 14 個自由度，由于使用了腱繩張力傳感器，整手的運動 控制更加準確。

2） 德國宇航中心先后研制成功了 DLR-Ⅰ和 DLR-Ⅱ靈巧手，共集成了 25 個傳感器， 包括類似人工皮膚的觸覺傳感器、關節(jié)扭矩傳感器、位置傳感器和溫度傳感器 等，靈巧手在靈活性和感知能力方面有顯著提升。

3） 意大利 IIT 研制的 iCub 靈巧手集成了 12 個觸覺傳感器，48 個壓力傳感器和 17 個位置傳感器以實現(xiàn)靈巧的操作和豐富的感知能力，系統(tǒng)集成度的提高和感知 能力的豐富使得多指手在操作時更加靈巧。

第三階段是從 2010 年至今。

第二階段高度系統(tǒng)集成的靈巧手具有靈活性和功能 性的優(yōu)勢，但是系統(tǒng)的復雜性導致制造成本較高，并且降低了系統(tǒng)的可靠性和 易維護性。因此，簡化系統(tǒng)、提高魯棒性是近十年靈巧手設計的一個重要方向。 例如，立命館大學設計的 Ritsumeikan Hand、以及 HERI Hand、SPRING hand 等靈巧 手采用了欠驅動（驅動器數(shù)量少于手指關節(jié)自由度）的結構設計實現(xiàn)了系統(tǒng)簡化。 欠驅動手雖然以簡化的系統(tǒng)實現(xiàn)了抓取任務，但是由于欠驅動自身特性使得操作能力 受到限制，所以目前靈巧手難以同時具備魯棒性和功能性。

查看更多相似文章