第一階段是從(cong) 20 世(shi)紀(ji)(ji) 70 年代(dai)——20 世(shi)紀(ji)(ji) 90 年代(dai)。
這一階段有 3 款典(dian)型(xing)代表產品, 分別是(shi)(shi)日本的(de) Okada、美國的(de) Stanford/JPL 和 Utah/MIT。這三只靈巧手(shou)是(shi)(shi)研究(jiu)初始 階段的(de)典(dian)型(xing)代表,為后續仿人型(xing)多指靈巧手(shou)研究(jiu)建(jian)立了理論(lun)基礎。
1)1974 年日本“電子技(ji)術實驗室”成功研(yan)制(zhi)了 Okada 靈巧手(shou),它(ta)有 3 根手(shou)指和(he) 1 個手(shou)掌(zhang), 拇指有 3 個自(zi)由度,另外兩根手(shou)指各(ge)有 4 個自(zi)由度。手(shou)指的每個關(guan)節由電機驅動(dong)(dong),通 過鋼絲和(he)滑(hua)輪(lun)機構實現運(yun)動(dong)(dong)和(he)動(dong)(dong)力傳遞,可以完成螺栓擰進(jin)螺母等操作(zuo)。
2)20世紀(ji)80年代(dai)初美國(guo)斯坦福大(da)學(xue)成功研制(zhi)(zhi)了Stanford/JPL靈巧手(shou)(shou),該手(shou)(shou)有3個(ge)手(shou)(shou)指(zhi), 每(mei)指(zhi)有 3 自由度,手(shou)(shou)指(zhi)使(shi)用(yong)(yong) n+1 腱(n 個(ge)手(shou)(shou)指(zhi))設計,即(ji)每(mei)個(ge)手(shou)(shou)指(zhi)采用(yong)(yong) 4 條腱繩傳 遞運(yun)動(dong)和動(dong)力,整手(shou)(shou)使(shi)用(yong)(yong) 12 個(ge)直流伺服(fu)電機作為關節驅動(dong)器。與(yu) Okada 相比, Stanford/JPL 手(shou)(shou)的(de)靈活性有較(jiao)大(da)的(de)改(gai)善,但其控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統也更為復雜。
3)1982 年(nian)美國(guo)麻省(sheng)理(li)工(gong)學院(yuan)和猶他大學聯(lian)合(he)研制了 Utah/MIT 靈巧手(shou),該(gai)手(shou)具有(you) 4 個(ge)手(shou) 指,每個(ge)手(shou)指有(you) 4 個(ge)自由度,采用(yong) 2n 腱(n 個(ge)手(shou)指)傳動(dong)設計,整手(shou)共(gong) 32 個(ge)驅(qu)動(dong) 器。手(shou)指的(de)配置類似(si)人手(shou)的(de)拇指、食指、中指和無名指,都連接(jie)手(shou)掌且相對于手(shou)掌進(jin) 行運動(dong)。
第(di)二(er)階段是從(cong) 20 世(shi)紀 90 年代到(dao) 2010 年。
受益嵌入式硬(ying)件的發展(zhan),這一階(jie)段的多指 靈巧手有(you)著更(geng)(geng)高的系(xi)統集成度和更(geng)(geng)加豐富(fu)的感知能力(li)。例如:
1) 美國(guo)研(yan)制了用于國(guo)際空間站艙外作業的宇航員靈巧手(shou) Robonaut hand,由 1 個手(shou) 腕和 5 個手(shou)指組成,共 14 個自由度(du),由于使(shi)用了腱(jian)繩張(zhang)力傳感器,整手(shou)的運動 控(kong)制更加準確。
2) 德國宇航中心先后(hou)研制(zhi)成(cheng)功了(le) DLR-Ⅰ和 DLR-Ⅱ靈(ling)巧手(shou),共(gong)集成(cheng)了(le) 25 個傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi), 包括類似人工皮膚的觸覺(jue)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)、關節扭矩傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)、位置傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)和溫(wen)度傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi) 等,靈(ling)巧手(shou)在(zai)靈(ling)活性和感知能力方面(mian)有顯(xian)著提(ti)升(sheng)。
3) 意大利 IIT 研制的(de) iCub 靈(ling)巧手集成了 12 個(ge)觸覺傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi),48 個(ge)壓力(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)和(he)(he) 17 個(ge)位置(zhi)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)以(yi)實現靈(ling)巧的(de)操作(zuo)和(he)(he)豐富的(de)感(gan)知(zhi)能力(li),系統集成度的(de)提高(gao)和(he)(he)感(gan)知(zhi) 能力(li)的(de)豐富使得多指手在操作(zuo)時(shi)更加靈(ling)巧。
第三(san)階段是從(cong) 2010 年至今。
第二階段高度系統集成的靈巧手具有靈活性和功能 性的優勢,但是系統的復雜性導致制造成本較高,并且降低了系統的可靠性和 易維護性。因此,簡化系統、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(驅動器數量少于手指關節自由度)的結構設計實現了系統簡化。 欠驅動手雖然以簡化的系統實現了抓取任務,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。
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