用于工業(yè)和服務機器人的半擬人化3D打印多指手

供稿人:馬璇璇 李宏偉

目前世界各地已經(jīng)開發(fā)了大量用于操縱剛性和非剛性物體的工業(yè)夾持器(見圖1(a-f))。這些機器手大多只能使用單一的抓取模式，通常是兩點捏握或三點捏握。與傳統(tǒng)機器手不同的是，新型多指機器手可以采用多種抓取模式，完成的任務范圍更廣。近年來，工業(yè)和學術界為了再現(xiàn)人手的功能已經(jīng)開發(fā)出了各種具有不同程度擬人化的機械手(見圖1 (g-l)) 。針對多指機器人手的設計研究不斷涌現(xiàn)。

圖1.（a)機器人夾持器 (b)柔性機器人夾持器 (c)舒克雙爪夾持器（d）簡單控制的機械手（e）家用服務機器人夾具（f）自動摩擦鉗（g）擬人化機械手（h）Gifu Hand III （i）使用超聲波電機的機器人手（j）元澤大學機械手（k）SKKU IV機器人手（l）KU混合動力手
來自Nazarbayev University（NU）的HA Varol等人利用3D打印實現(xiàn)了能夠執(zhí)行人手操作基本功能的NU手（見圖2和圖3）。NU手的低成本制造是該系統(tǒng)的主要設計要求之一，為了滿足這一要求，研究者使用3D打印技術來實現(xiàn)手部的設計制造。具體地，NU手是一個完整的3D打印體，3D打印技術的應用使得該手的設計和制造省去了緊固件和軸承組裝件的應用，不但減少了零部件數(shù)量而且還并減少了重量。

圖2.NU手的原型與一個平均大小的男性的手相比

圖3.NU手可實現(xiàn)的不同動作

需要指出的是，該手還包含了類似于人手軟組織的手指和手掌(3D打印橡膠材料)，以幫助進行適形抓取。該手還包含一系列彈性元件，它們將施加的力分布在3個手指之間——中指、無名指和小指，并提供廣泛的力控制。彈性元件與肌腱串聯(lián)，如圖4所示，串聯(lián)彈性元件通過采用3D打印可實現(xiàn)不同彈性系數(shù)的數(shù)字橡膠材料。與此同時，NU手的手掌、手指和橡膠墊片也是作為一個統(tǒng)一的組件在同一時間打印出來的，沒有使用緊固件或軸承。該手還包含一個安裝適配器，便于連接工業(yè)機器人。

圖4.NU手的食指橫截面視圖，顯示肌腱的路線，系列彈性元件，扭轉(zhuǎn)彈簧和順應的手指填充

圖5.NU手的側(cè)面(左)和底部(右)視圖，具有尺寸(所有尺寸都以mm為單位)

參考文獻：
HA Varol;A Shintemirov;A Saudabayev;Y Khassanov;Z Kappassov. Semi-anthropomorphic 3D printed multigrasp hand for industrial and service robots. IEEE International Conference on Mechatronics & Automation , 2013 , 69 (16) :1697-1702.

供稿人:馬璇璇 李宏偉
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室