机器人灵巧手研究现状

机器人灵巧手从结构和功能上参考人手，能够灵活操作对象，实现对物体的灵活抓取，满足多种工作需求。灵巧指的是手的姿势可变性，这种可变性越高，则认为手就越灵巧。灵巧的抓取是任务操作的先决条件。机器人灵巧手作为一种新型的末端执行器，在机器人与环境的交互中起着关键作用。自20世纪70年代起，国内外对灵巧手展开了大量研究，从三指到五指，从工业到生活，从简单的抓取到灵巧操作，以期解决复杂的实际作业问题。

下文对国内外在灵巧手关节角度传感器、手指高度集成模块化设计和驱动内置式灵巧手设计方面的研究情况予以概述。

一、关于灵巧手关节角度传感器的研究

如何使软体关节弯曲角度检测更灵敏，检测程度更高，是灵巧手亟待解决的问题。

国内方面：西安建筑科技大学制备了一种透明的离子皮肤手指关节弯曲角度传感器，该传感器由具有拉伸率大、保水性高的氯化锂离子凝胶电极和硅橡胶薄膜构成；哈尔滨工业大学提供了一种软体关节弯曲角度传感器及刚柔混合手感知测量方法，将电阻微变信号通过电桥提升信号灵敏度，并将电桥两端毫伏级别的压差通过高倍放大后，以高输入阻抗输入到单端ADC中采集信号，并通过SPI传输至主控，利用液态金属传感器反馈闭环，实时反馈当前状态至上位机；浙江大学公开了一种形状记忆合金驱动的灵巧手，其中控制系统由WindowsPC、实时控制器、I\O模块、驱动电路和角度传感器组成。

国外方面：安川电机研发了一种手指关节角度传感器，通过将手指关节的角度转换为周长的变化，实现手指关节角度的线性检测；丰田公司提出一种机器人手机构，包括形成有关节的手指部、检测关节中的手指部的角度变化的角度传感器、以及电连接到手指部的ECU 8。

二、关于手指高度集成模块化设计

将驱动、传动装置放置于灵巧手内部，集成度较高，简化手指同外部的软硬接口，便于手指模块化设计，手指间互换性增强。高度集成实现了手指的模块化和互换性，是灵巧手的发展方向之一。

国内方面：深圳蓝胖子机器智能有限公司的多指灵巧手DoraHand手指模块化快换设计，支持热插拔，便于拆装、维护，可根据需求进行模块组合及替换；哈尔滨工业大学与德国宇航中心合作研发的五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成，所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内，为了实现手指的模块化设计，5个手指完全相同，所有的驱动器、电路板、通信控制等都集成在手指内部。

国外方面：思灵机器人的仿人型五指灵巧手Dexterity Hand由 4 个模块化的多关节手指和 1 个具有主动对掌功能的拇指组成，5个手指均集成有力传感器和位置传感器等，可实现多传感器融合的抓取算法，每个手指有一个独立自由度和两个耦合自由度，所有的驱动、传动、传感及电气模块均集成在手上。

三、关于驱动内置式灵巧手设计

相比驱动器外置，驱动器内置式灵巧手各关节具有较好的刚性，更利于传感器的直接测量，且模块化设计利于更换维护，在手掌或者手指安装微型驱动器是灵巧手未来发展的一个重要方向。

国内方面：北京因时机器人科技有限公司的仿人五指灵巧手内部装有 6 个小型伺服驱动器，集成无刷电机、行星减速机、直线导轨、绝对位置检测传感器和力传感器，整体尺寸接近人手；上海哲谦应用科技有限公司公开了一种驱动内置式多指灵巧手，所有的驱动器、传动机构、控制器、传感器都可以布置在灵巧手上；北京航空航天大学的BH-985灵巧手具有5个手指，外形尺寸约为人手的 1.5 倍，采用内置的 Maxon 直流伺服电机驱动，用齿轮、连杆和钢丝传动。

国外方面：Shadowrobot公司的灵巧手整体大小与人手一致，驱动部分及电气部分位于前臂内；本田公司提供一种五指手装置，其能够实现与人手相似的动作和足够的抓握力，包括内置在手体中的驱动装置。 

参考文献：

1.倪娜，薛晓敏，王垠.高线性度离子皮肤手指关节弯曲角度传感器.传感器与微系统，2021，40(02):61-64.

2.哈尔滨工业大学.一种软体关节弯曲角度传感器及刚柔混合手感知测量方法.CN202111240489.6（申请日：2021.10.25；公开日：2023.06.16）

3.浙江大学.一种形状记忆合金驱动的灵巧手.CN201210369429.9（申请日：2012.09.27；公开日：2013.01.16）

4.安川电机公司.FINGER JOINT ANGLE SENSOR.JP04143602A（申请日：1990.08.07；1992.05.18）

5.丰田公司.ROBOT HAND MECHANISM.JP2015074046A（申请日：2013.10.08；公开日：2015.04.20）

6.多指灵巧手DoraHand.[EB/OL].[2024-10-18].https://dorabot.com.cn/Products/info_itemid_45.html.

7.刘伊威，金明河，樊绍巍.五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ.机械工程学报，2009，45(11)：10-17.

8.agile-hand.[EB/OL].[2024-10-18].https://www.agile-robots.com/en/robotic-solutions/agile-hand.

9.仿人五指灵巧手.[EB/OL].[2024-10-18].https://www.inspire-robots.com/product/frwz/.

10.上海哲谦应用科技有限公司.一种驱动内置式多指灵巧手.CN201711426385.8（申请日：2017.12.26；公开日：2018.04.10）

11.李久振，刘博，张玉茹.北航BH-985灵巧手结构设计.中国机械工程学会机械传动分会机构学专业委员会.全国印刷、包装机械凸轮、连杆机构学术研讨会（第6届全国凸轮机构学术年会）论文集.《机械设计与研究》杂志社，2005:3.

12.Dexterous Hand Series.[EB/OL].[2024-10-18].https://www.shadowrobot.com/dexterous-hand-series/.