孫江宏， 何宇凡， 高 鋒， 王軍見(jiàn)

(1.北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 北京 100192; 2.清華大學(xué)機(jī)械電子工程研究所， 北京 100084; 3.國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心， 北京 100102)

靈巧式機(jī)械手可充分發(fā)揮靈活優(yōu)勢(shì)，相較于拾取對(duì)象單一、拾取動(dòng)作唯一、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的末端執(zhí)行器，靈巧式機(jī)械手通過(guò)模仿人手結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)拾取多種對(duì)象和多種拾取動(dòng)作。靈巧式機(jī)械手具有高發(fā)展上限，對(duì)其開(kāi)展深入研究可獲得極高應(yīng)用價(jià)值。隨著靈巧式機(jī)械手不斷發(fā)展與革新，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)及電子控制技術(shù)應(yīng)用得到極大豐富和擴(kuò)充。劉伊威等[1]對(duì)2009年以前靈巧式機(jī)械手發(fā)展情況做出詳盡總結(jié)概述。近10年科學(xué)技術(shù)革新突飛猛進(jìn)，其間機(jī)械手得到進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)將對(duì)2009—2020年靈巧式機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 靈巧式機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀

靈巧式機(jī)械手研究始于20世紀(jì)70年代，此期間處于初步探索階段，產(chǎn)生的靈巧式機(jī)械手成果包括：Okada手[2-5]、Asada手[6-8]和通用公司Handyman手[9]等。20世紀(jì)80年代后，隨著科技進(jìn)步和使用需求提高，靈巧式機(jī)械手上裝備有力、位移等傳感器用于實(shí)現(xiàn)控制及操作功能，其間產(chǎn)生了猶他大學(xué)/麻省理工學(xué)院機(jī)械手(UTAH/MIT)[10-12]、斯坦福大學(xué)機(jī)械手(Stanford/JPL)[13-14]、紐約大學(xué)機(jī)械手(NYU)[15]、博洛尼亞大學(xué)二代機(jī)械手(University of Bologna robotic hand version II，UB Ⅱ)[16-17]等成果。

2000—2010年，隨著電子控制系統(tǒng)集成度逐漸提高、仿生化逐步深入，靈巧式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)部分替代人手拾取效果，其間涌現(xiàn)出成果如Shadow機(jī)械手[18-19]、日本岐阜大學(xué)機(jī)械手(GIFU Ⅱ)[20-21]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)(HIT)和德國(guó)宇航中心(DLR)聯(lián)合研發(fā)的HIT/DLR Ⅰ和HIT/DLR Ⅱ機(jī)械手[22-25]等。近10年通信技術(shù)和設(shè)計(jì)理念日新月異推進(jìn)了仿生式靈巧手控制多元化、結(jié)構(gòu)成熟化、高仿生化發(fā)展進(jìn)程，此間創(chuàng)新研究成果如表1所示。

表1 靈巧式機(jī)械手Table 1 Dexterous manipulator

靈巧式機(jī)械手按照特點(diǎn)和傳動(dòng)形式主要分為變胞多指靈巧手、無(wú)中間傳動(dòng)形式靈巧手、齒輪-腱傳動(dòng)形式靈巧手、氣動(dòng)波紋管傳動(dòng)形式靈巧手、液壓缸傳動(dòng)形式靈巧手5種形式。

1.1 變胞多指靈巧手

天津大學(xué)提出一種可通過(guò)自身運(yùn)動(dòng)改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和自由度的天津大學(xué)/倫敦國(guó)王學(xué)院(TJU/KCL)變胞靈巧手，同時(shí)分別提出了三指、四指和五指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，變胞多指靈巧手最大特點(diǎn)為引入由特殊尺度球面五連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的可重構(gòu)變胞手掌。手掌關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)可調(diào)整手指姿態(tài)、改變整體尺度，進(jìn)而可提高靈巧手靈活性、適應(yīng)性?；赥JU/KCL變胞手的幾何約束，提出了一種位置分析方法[26-30]，如圖1(a)所示為四指類型。手掌球面連桿機(jī)構(gòu)由連桿1～5構(gòu)成，如圖1(b)所示。手掌變胞后將通過(guò)連桿3與連桿2的重合變?yōu)榍蛎?連桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拾取不同大小物體。該機(jī)械手可通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以最小自由度實(shí)現(xiàn)最大靈巧性，顛覆了以往靈巧式機(jī)械手設(shè)計(jì)的思維禁錮，為后續(xù)研究提供全新方向。

A0～A4為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；φ0～φ4為轉(zhuǎn)角；α0～α4為指節(jié)長(zhǎng)度；z0～z4為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)z軸圖1 TJU/KCL機(jī)械手[26-30]Fig.1 TJU/KCL manipulator[26-30]

1.2 無(wú)中間傳動(dòng)形式靈巧手

浙江工業(yè)大學(xué)研發(fā)出ZJUT hand氣動(dòng)5指、20自由度靈巧手，該靈巧手以人手為原型，模擬功能和結(jié)構(gòu)，如圖2(a)所示。手指關(guān)節(jié)由塑料管(PFA)接頭PFA1、PFA2、PFA端蓋3和連接件4組成，如圖2(b)所示。其通過(guò)FPA控制器直驅(qū)，無(wú)中間傳動(dòng)裝置、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并具有大功率體積比。FPA控制器主要驅(qū)動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)和側(cè)擺關(guān)節(jié)，用于模擬人手指彎曲運(yùn)動(dòng)和側(cè)擺運(yùn)動(dòng)[31-33]。該靈巧手還裝備有力、位移傳感器，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證可實(shí)現(xiàn)多種典型被拾取物的抓取并能夠模擬多種人手勢(shì)動(dòng)作。

1為FPA管接頭；2為FPA；3為FPA端蓋；4為連接鍵；5為轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸圖2 ZJUT hand機(jī)械手[31-33]Fig.2 ZJUT hand manipulator[31-33]

1.3 齒輪-腱傳動(dòng)形式靈巧手

哈佛大學(xué)及斯坦福大學(xué)研發(fā)出一種重量輕、堅(jiān)固性好、能耗低的全驅(qū)動(dòng)4指20自由度靈巧式機(jī)械手，如圖3(a)所示。機(jī)械手采用腱傳動(dòng)，手指由滾輪、鋁合金骨架、塑料殼、橡膠墊組成，如圖3(b)所9示，通過(guò)在每個(gè)關(guān)節(jié)處布置電壓板制動(dòng)器和電容觸覺(jué)、關(guān)節(jié)角傳感器實(shí)現(xiàn)精確全驅(qū)動(dòng)拾取控制，此外在機(jī)械手的手掌中，含有兩個(gè)可獨(dú)立控制的滑塊電機(jī)，該電機(jī)可重新定位兩機(jī)械手手指的位置，確保機(jī)械手能夠?qū)⑽矬w牢固地握在手中[34-36]。

圖3 哈佛大學(xué)機(jī)械手[34-36]Fig.3 Harvard University manipulator[34-36]

圣安娜高等研究學(xué)院生物機(jī)器人研究所為克服手部物理特征受到限制(如手部功能差、提起的重量過(guò)大)的情況，提出一種靈巧式機(jī)械手義肢，由3臺(tái)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪和腱進(jìn)行傳動(dòng)[37-39]，如圖4(a)所示。該機(jī)械手通過(guò)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)使整體結(jié)構(gòu)方案得到簡(jiǎn)化，僅需3電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)6電機(jī)機(jī)械手常規(guī)拾取動(dòng)作。如圖4(b)所示，電機(jī)1驅(qū)動(dòng)拇指，電機(jī)2驅(qū)動(dòng)食指，電機(jī)3驅(qū)動(dòng)中指、無(wú)名指和小指，因此使機(jī)械手獲得良好的輕量化性能，質(zhì)量與單自由度義肢相當(dāng)。

圖4 圣安娜高等研究學(xué)院機(jī)械手[37-39]Fig.4 Sant’ Anna School of Advanced Studies manipulator[37-39]

東京大學(xué)的Mizushima等[40-41]提出一種四指靈巧式機(jī)械手，如圖5(a)所示。該機(jī)械手具有柔軟性和堅(jiān)固性的特點(diǎn)，在保證不對(duì)人類使用者和周圍物體造成傷害的同時(shí)，又可牢固而穩(wěn)定的抓住物體。其實(shí)現(xiàn)方法是每個(gè)手指均采用顆粒材料指髓1、肌腱驅(qū)動(dòng)骨架2和可變形橡膠皮3組成，如圖5(b)所示。此結(jié)構(gòu)可保證機(jī)械手與被拾取物間軟接觸并可高度自適應(yīng)其表面形狀，在干擾下也可抓牢物體。指尖處裝備有力傳感器，當(dāng)檢測(cè)出拾取到物體時(shí)指腔內(nèi)將被抽真空從而使顆粒材料間無(wú)間隙，固定拾取姿勢(shì)。

日本企業(yè)Meltin MMI發(fā)布了MELTANT-α類人形機(jī)器人，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、腱傳動(dòng)靈巧式機(jī)械手，具有5指、21自由度[42-44]，如圖6所示。其具有三種控制形式：①VR體感手柄，技術(shù)難度低易于實(shí)現(xiàn)但由于信號(hào)經(jīng)過(guò)體感設(shè)備和機(jī)器人兩次轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致延遲高、精度差；②全包式操作手套，于指尖及手掌處裝備壓力傳感器和生物電感應(yīng)器，通過(guò)轉(zhuǎn)化生物信號(hào)為操作機(jī)器人指令進(jìn)行控制，操作延遲為20 μs；③通過(guò)機(jī)器人裝備的攝像頭拍攝操作者手部動(dòng)作，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理分析并最終控制機(jī)械手模仿操作者。

德國(guó)SCHUNK研發(fā)出高仿生化高集成度仿生式靈巧手，具有21自由度，尺寸、外形和移動(dòng)性與人類手部高度吻合[45-46]，如圖7所示。采用電機(jī)及齒輪驅(qū)動(dòng)，電控系統(tǒng)集成在機(jī)械手腕部。通過(guò)傳感器技術(shù)及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)人手的全部功能。

圖7 SVH機(jī)械手[45-46]Fig.7 SVH manipulator[45-46]

上海大學(xué)基于前代SHU式靈巧式機(jī)械手研發(fā)出SHU-Ⅱ手[47-49]，如圖8所示。采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene，ABS)材料快速成型技術(shù)制造，總質(zhì)量為1 kg。結(jié)構(gòu)方面，從三指式靈巧手改為五指式仿人靈巧手，將控制模塊內(nèi)置于手掌中。該5指仿人靈巧手具有16自由度，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、腱傳動(dòng)，空載時(shí)可以做出10余種手拾并在單機(jī)械手拾取及多機(jī)械手協(xié)作時(shí)表現(xiàn)穩(wěn)定。

圖8 SHU-Ⅱ機(jī)械手[47-49]Fig.8 SHU-Ⅱ manipulator[47-49]

日本Double Giken研發(fā)出5指18自由度機(jī)械手F-hand用于提供給高校及研究院所進(jìn)一步研究靈巧式機(jī)械手[50]，如圖9所示。該機(jī)械手采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)及腱傳動(dòng)，在滿足多拾取動(dòng)作的同時(shí)控制系統(tǒng)極其簡(jiǎn)單，可為靈巧式機(jī)械手的研發(fā)及動(dòng)作測(cè)試提供便利條件。

圖9 F-hand機(jī)械手[50]Fig.9 F-hand manipulator[50]

日本ANA研發(fā)出Tactile Telerobot靈巧式機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)使用者遠(yuǎn)程接觸體驗(yàn)[51-54]，如圖10所示。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)腱傳動(dòng)，具有5指、21自由度，機(jī)械手裝備有壓力、位移、觸覺(jué)等多種傳感器。該機(jī)械手通過(guò)操作者佩戴手套進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，手套具有反饋系統(tǒng)，可將機(jī)械手拾取過(guò)程中的觸覺(jué)真實(shí)反饋給操作者，實(shí)現(xiàn)超越物理距離的真實(shí)體驗(yàn)。

圖10 Tactile Telerobot機(jī)械手[51-54]Fig.10 Tactile Telerobot manipulator[51-54]

河北工業(yè)大學(xué)為了改善靈巧手精確抓取能力，針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)靈巧手手指關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)不可控問(wèn)題研發(fā)出一種手指關(guān)節(jié)可獨(dú)立控制的欠驅(qū)動(dòng)靈巧式機(jī)械手，具有5指、15自由度[55]，如圖11(a)所示。該機(jī)械手采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，腱傳動(dòng)，由3個(gè)關(guān)節(jié)組成，如圖11(b)所示。當(dāng)指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定角度時(shí)關(guān)節(jié)處的鎖緊機(jī)構(gòu)將使兩指節(jié)停止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜拾取動(dòng)作的精確執(zhí)行。此過(guò)程對(duì)不同形狀小型被拾取物的抓取具有較好穩(wěn)定性。

圖11 河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械手[55]Fig.11 Hebei University of Technology manipulator[55]

1.4 氣動(dòng)波紋管傳動(dòng)形式靈巧手

德國(guó)FESTO公司提出一種全柔性靈巧式機(jī)械手Bionic Soft Hand，具有5指、12自由度[56-57]，如圖12(a)所示。機(jī)械手通過(guò)如圖12(b)所示布置于手指處的氣動(dòng)波紋管1進(jìn)行控制，氣室充滿時(shí)手指彎曲，氣室排空時(shí)手指伸展。在拾取過(guò)程中通過(guò)接觸力傳感器2和視覺(jué)技術(shù)對(duì)被拾取物建模并通過(guò)AI模擬學(xué)習(xí)過(guò)程掌握對(duì)不同物體的正確抓握方式。

圖12 Bionic Soft Hand機(jī)械手[56-57]Fig.12 Bionic Soft Hand manipulator[56-57]

康奈爾大學(xué)提出一種柔性機(jī)械手，通過(guò)傳導(dǎo)光線驅(qū)動(dòng)，具有5指、12自由度[58-59]，如圖13所示。機(jī)械手內(nèi)部裝備有多種傳感器并且每根手指內(nèi)具有波導(dǎo)裝置，當(dāng)機(jī)械手接觸到物體時(shí)波導(dǎo)彎曲變化對(duì)被拾取物形狀和紋理進(jìn)行采集，進(jìn)而確定拾取方式。

圖13 康奈爾大學(xué)機(jī)械手[58-59]Fig.13 Cornell University manipulator[58-59]

相較于剛性靈巧式機(jī)械手，柔性手具有成本相對(duì)低、適應(yīng)性強(qiáng)、外界沖擊自身傷害小等優(yōu)勢(shì)，其作為新發(fā)展方向在醫(yī)療、軍事和探測(cè)領(lǐng)域可發(fā)揮作用。

1.5 液壓缸傳動(dòng)形式靈巧手

日本ELEKIT公司提出一種可穿戴靈巧式機(jī)械手[60]，如圖14所示。采用液壓驅(qū)動(dòng)，具有5指、20自由度。該靈巧式機(jī)械手設(shè)計(jì)為外骨骼形式，通過(guò)穿戴實(shí)現(xiàn)被拾取物拾取難度降低。

圖14 ELEKIT機(jī)械手[60]Fig.14 ELEKIT manipulator[60]

2 靈巧式機(jī)械手關(guān)鍵技術(shù)

靈巧式機(jī)械手研究受結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、控制等方面影響，現(xiàn)有技術(shù)革新和新技術(shù)加入可促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展，總結(jié)關(guān)鍵技術(shù)如下。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為研究基礎(chǔ)決定著靈巧式機(jī)械手的研究高度，隨著靈巧式機(jī)械手不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向主要分為三種：①結(jié)構(gòu)采用可變自由度設(shè)計(jì)，通過(guò)變體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；針對(duì)不同對(duì)象利用不同自由度模式進(jìn)行拾取可有效提高拾取成功率；②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著高度仿生化方向邁進(jìn)，通過(guò)引入更多自由度，部分或完全實(shí)現(xiàn)人類手部手勢(shì)及動(dòng)作，最終達(dá)到替代人手作業(yè)目的；③同時(shí)，設(shè)計(jì)利用較少自由度實(shí)現(xiàn)高自由度結(jié)構(gòu)功能的新型結(jié)構(gòu)也為一大發(fā)展方向，此方法可通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)器數(shù)量，在不降低拾取及運(yùn)動(dòng)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手輕量化。

2.2 動(dòng)力源

靈巧式機(jī)械手經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，主要?jiǎng)恿υ搭愋桶ǎ弘姍C(jī)驅(qū)動(dòng)、氣液壓驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)等方式，近年來(lái)也出現(xiàn)傳導(dǎo)光線驅(qū)動(dòng)等新驅(qū)動(dòng)形式。以齒輪、直曲線性模組及電動(dòng)絲杠作為傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式可滿足絕大多數(shù)精度要求，使用較為廣泛，但由于存在齒隙、間隙等先天加工誤差問(wèn)題，無(wú)法滿足一些高精度拾取要求[61]。由壓電驅(qū)動(dòng)的微操作器可提供高驅(qū)動(dòng)力和高響應(yīng)時(shí)間，但其行程短、非線性及滯后性的缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致控制和建模非常復(fù)雜。液、氣壓驅(qū)動(dòng)具有調(diào)速范圍廣、輸出推力或轉(zhuǎn)速大和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但其響應(yīng)時(shí)間較慢，難以滿足快速響應(yīng)工況的使用要求。由于微型電機(jī)加工技術(shù)、控制技術(shù)日趨成熟，且電機(jī)具有可瞬間輸出全扭矩特性，機(jī)械手可通過(guò)其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊和強(qiáng)拾取能力，因此目前靈巧式機(jī)械手研究多采用微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)[62-65]。

2.3 傳感器及通信技術(shù)

傳感器技術(shù)的應(yīng)用可保證靈巧式機(jī)械手精確感知，從而實(shí)現(xiàn)高精度靈巧控制。靈巧式機(jī)械手可通過(guò)力/力矩傳感器、觸覺(jué)傳感器感知拾取狀況，通過(guò)位移/角位移傳感器感知關(guān)節(jié)、指尖部位的空間坐標(biāo)姿態(tài)，通過(guò)視覺(jué)傳感器獲得被拾取物位置信息及操作者手勢(shì)控制信息等。同時(shí)，通過(guò)搭建包括集中式、分布式、分級(jí)式和混合式等在內(nèi)的多傳感器系統(tǒng)可有效降低系統(tǒng)誤差并提升探測(cè)精度[66-68]。

通信技術(shù)革新帶動(dòng)遙控技術(shù)發(fā)展，靈巧式機(jī)械手應(yīng)用高傳輸帶寬、低時(shí)延的帶寬網(wǎng)絡(luò)波形[66]、通用數(shù)據(jù)鏈[69]和多平臺(tái)通用數(shù)據(jù)鏈[70]等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)操作者遠(yuǎn)程低延遲控制、機(jī)械手實(shí)時(shí)模仿操作者動(dòng)作和實(shí)時(shí)向操作者傳遞真實(shí)觸感等操作內(nèi)容。通信技術(shù)發(fā)展可進(jìn)一步加深人與靈巧式機(jī)械手間溝通感，實(shí)現(xiàn)多種操作形式。

2.4 拾取動(dòng)作

靈巧式機(jī)械手歷經(jīng)數(shù)十年研究探索，拾取動(dòng)作隨著仿生化程度和設(shè)計(jì)水平提升逐步豐富。近年來(lái)研發(fā)的靈巧式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)單手多種拾取方式，包括：雙指及多指對(duì)捏、單指及多指鉤拉、包絡(luò)式抓取、多指跨捏、兩指夾持等。通過(guò)引入更多拾取動(dòng)作可進(jìn)一步提升仿生化，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小、不同形狀物體的有效拾取，從而達(dá)到協(xié)助和替代人類完成拾取動(dòng)作的作用。

3 靈巧式機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì)

目前靈巧式機(jī)械手模樣多以人手為原型，能夠?qū)崿F(xiàn)日常簡(jiǎn)單的抓、握等手部動(dòng)作，但在靈活性、可靠性、感知性、實(shí)際應(yīng)用等方面還需要進(jìn)一步的提高，靈巧式機(jī)器人手的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。

3.1 新型材料應(yīng)用

大部分靈巧式機(jī)械手的研究都是通過(guò)骨架結(jié)構(gòu)以及橡膠等其他軟體材料來(lái)模擬人手的外形，對(duì)于抓、握、捏、擰等日常手部動(dòng)作來(lái)說(shuō)，雖然可以有效進(jìn)行，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中依然存在包絡(luò)性，靈活性和穩(wěn)定性差等問(wèn)題。根據(jù)仿生學(xué)對(duì)生物機(jī)體環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、高效能、身體結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)進(jìn)行模擬及研究，開(kāi)發(fā)出一種新型材料并用于靈巧式機(jī)械手的研發(fā)，可最大化生物優(yōu)勢(shì)。中外目前通過(guò)研發(fā)還原肌肉纖維、結(jié)構(gòu)組織等已在拾取裝置實(shí)際使用中獲得上佳效果。未來(lái)采用復(fù)合材料、高分子材料及智能材料進(jìn)行研發(fā)將成為主要發(fā)展方向。

3.2 智能化協(xié)同作業(yè)

傳統(tǒng)控制理論，包括經(jīng)典反饋控制和現(xiàn)代控制，在靈巧式機(jī)械手的實(shí)際控制、抓取操作中依然存在各種問(wèn)題，首先是靈巧式機(jī)械手在對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行抓握等基礎(chǔ)操作時(shí)，不管是對(duì)靈巧手本體還是對(duì)于目標(biāo)物體都存在著非線性、變結(jié)構(gòu)、多因素以及各種不確定性等，一般無(wú)法獲得精確的靈巧式機(jī)械手系統(tǒng)模型，影響了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的控制效果。其次，在對(duì)靈巧式機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，遵循與實(shí)際情況不完全吻合的預(yù)設(shè)條件進(jìn)行進(jìn)一步研究。因此需要提高靈巧式機(jī)械手的智能控制水平[1]。除此以外，外形復(fù)雜、質(zhì)量大、易破損等靠單一機(jī)械手難以完成工作的被拾取物可通過(guò)多個(gè)機(jī)械手間的協(xié)同配合完成拾取作業(yè)。機(jī)械手的協(xié)同化作業(yè)作為未來(lái)發(fā)展方向之一可拓展現(xiàn)有靈巧式機(jī)械手種類及水平。隨著通信技術(shù)、能源技術(shù)及制造系統(tǒng)的飛速發(fā)展，靈巧式機(jī)械手通過(guò)高度集群化、智能化協(xié)同作業(yè)實(shí)現(xiàn)各類環(huán)境中作業(yè)并提高工作能力及效率。

3.3 微動(dòng)控制

靈巧式機(jī)械手在研發(fā)之初本就以人手為目標(biāo)進(jìn)行研究，在研究過(guò)程中其逐步實(shí)現(xiàn)了多自由度、多關(guān)節(jié)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，并且具備了日常簡(jiǎn)單的手勢(shì)操作，滿足了日常生活以及普通工業(yè)領(lǐng)域中的工作需求。但是隨著社會(huì)的發(fā)展科技的進(jìn)步，靈巧式機(jī)械手會(huì)向著更加接近人手的功能進(jìn)行研發(fā)，尤其是醫(yī)療航天等高精尖領(lǐng)域，該領(lǐng)域需要靈巧式機(jī)械手執(zhí)行較為精細(xì)的操作任務(wù)。完成該任務(wù)需要靈巧式機(jī)械手實(shí)現(xiàn)微小位移及微小角度運(yùn)動(dòng)，可通過(guò)采用電磁驅(qū)動(dòng)、記憶金屬驅(qū)動(dòng)及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 發(fā)展靈巧式機(jī)械手微動(dòng)運(yùn)動(dòng)將逐步實(shí)現(xiàn)精密零件裝配、精密物品拾取、微小零部件拆除等精細(xì)操作過(guò)程。

4 結(jié)論

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展將服務(wù)于人們的工作及生活，解決作業(yè)難題并提供便利。靈巧式機(jī)械手作為人類肢體的有效延伸，未來(lái)經(jīng)研究探索將實(shí)現(xiàn)并超越人手的全部行為動(dòng)作，在工業(yè)生產(chǎn)、未知領(lǐng)域探索、危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療應(yīng)用等方面扮演重要的角色。