当前位置： 操作装置 >> 操作装置市场 >> 揭秘灵巧机械手的历史技术和应用
在不断发展的机器人创新领域，灵巧的双手脱颖而出，成为类人机器人与世界互动的一个值得注意的标准。自机器人技术发展初期以来，复制人手一直让研究人员和企业着迷。该技术本身不仅充满想象力，而且还具有不言而喻的实际用途，能够执行需要复杂灵巧运动的远程操作任务。在本文中，我们探讨了灵巧机械手的历史、所涉及的技术以及正在进行的研究。此外，我们还讨论了当今使用的灵巧手技术的几个实际应用。
先进的触觉系统、人工智能驱动的控制和材料创新为利用类人灵巧性的真正解决方案创造了新的可能性。
灵巧机械手的历史早期对灵巧机器人手的研究和开发是为了响应能够执行需要精细运动技能和适应性的任务的机器人的明显效用。斯坦福/喷气推进实验室的Hand被认为是第一个灵巧的机器人手，于20世纪80年代初开发出来，用于研究精细的机器人操作。斯坦福/喷气推进实验室的手具有三个独立控制的手指，并配备力反馈功能，与以前的工业抓手相比，与物体的交互更加自然。不久之后，犹他州/麻省理工学院的灵巧手在类人关节、机器人灵巧性和传感方面取得了突破，成为未来灵巧手设计的基础。
灵巧机械手所使用的技术灵巧机械手的工程既受益于各种关键技术的研究和开发，也为这些技术的研究和开发提供了信息，包括执行器、传感器、触觉、人工智能、机器学习和材料科学。以下各节将探讨与灵巧双手相关的每个发展领域。
执行器执行器是为灵巧的机器人手的手指、手腕和其他关节提供运动的组件。执行器的运动由遥控控制器和手上的传感器控制。根据功率、尺寸、精度和应用，机器人手中使用各种类型的执行器。
气动执行器——气动系统使用气压来控制手指和关节的弯曲。它们通常由金属和硬塑料制成。
软执行器–这些执行器由柔软且灵活的材料制成，并使用一系列机制来驱动运动。软致动器可以使用空气来充气和放气弹性体材料，而一些软致动器使用电场或温度变化来改变弹性体材料的形状。
流体执行器–流体执行器使用流体压力来弯曲刚性液压执行器系统和软执行器系统中的接头。
执行器还负责机器人手的自由度，即机器人手可以移动的独立轴的数量。每个轴都需要一个执行器来弯曲。执行器驱动机器人手的抓取模式和灵巧程度。
灵巧机械手的一个重要进步是欠驱动机构的开发。欠驱动机器人手的执行器数量少于自由度数量。这是通过将手指运动分解为由单个执行器控制的模块化单元来实现的，这意味着手可以执行敏捷的运动，同时降低控制的复杂性。
传感器传感器与执行器集成，使灵巧的机器人手能够与环境交互并执行各种任务。传感器收集有关环境中物体的属性以及手本身的状态和位置的数据。该数据与系统的其他部分共享，从而实现各个接触点的精确控制。
来自传感器的数据被纳入执行器的运动中，以便对物体的重量、脆弱性、温度和其他质量做出更接近人类的响应。拥有先进感觉系统的手能够进行细腻而精确的抓握和接触压力感应。传感器还可以检测每个关节相对于其他关节和整个手本身的位置，从而形成一个像人手一样操作的完整的传感和运动系统。
以下是灵巧机器人手中使用的先进传感器技术的一些示例：
软电容传感器–软电容传感器是嵌入用作机器人手皮肤的硅胶材料中的传感节点。这些传感器用于检测物体的电导率，为手提供与其交互的物体的成分信息。
神经形态传感器——神经形态传感器旨在模仿人类神经系统并适应它们接收到的数据。这些传感器涉及专门的电子元件和算法的复杂系统，并且在机器人手中，可能包含视觉和触摸传感器。
压阻传感器——这些软传感器测量物体受力时电阻的变化。当在机器人手上使用时，这些传感器已被证明可以改善抓取和操作。
触觉和触摸传感器数据可以以触觉反馈的形式传递给操作员。触觉为操作员提供触觉反馈，以便操作员可以远程感知与机器人手交互的物体的属性。操作员可以通过手持控制器、手套或其他类型的可穿戴设备接收反馈。触觉功能的进步也可能会改善灵巧的机器人手的物体识别和处理能力。触觉功能的一些示例包括：
振动反馈——操作员的控制器或手套通过产生用户能感觉到的振动来模拟触摸。
力反馈——系统向操作员施加力以模拟举起、推动或拉动物体等作用。
触觉反馈——执行器系统模拟不同物体、材料和表面对操作员皮肤的感觉。
视觉和音频反馈——通过视觉和音频反馈，系统显示视觉提示或播放声音来传达有关对象的数据，而不是直接触摸感觉。
神经反馈——神经接口是机器人研究的一个新兴领域。这种控制方法通过电信号将操作员的大脑与机器人设备连接起来，可能会带来更精确、直观的控制和触觉反馈。
人工智能和机器学习人工智能和机器学习在提高灵巧机器人手的能力方面发挥着重要作用。将算法应用于来自传感器的数据，以改善对手部环境中物体的感知和识别。这些技术还增强了机器人的抓取和操作能力，通过机器学习算法，机器人手可以从数据中学习，并改进其处理不同物体、材料以及在不同环境中预期的情况的方式。
人工智能和机器学习算法也应用于操作员控制，以增强人机交互。机械手可以学习识别手势、口头命令和其他输入，并且可以提供更有效的触觉反馈作为回报。这些进步有助于多功能且直观的机器人手的研究和开发。
材料科学材料科学是影响灵巧机器人手的设计、功能和性能的另一个关键研究领域。材料的选择会影响手的耐用性、性能和适应性。以下是材料科学在开发机器人手时的一些关键考虑因素：
表面涂层和触觉材料——表面涂层影响抓握能力以及传感器数据和触觉反馈的准确性。
材料公差——研究人员必须了解机器人手所用材料的特性和局限性、材料如何协同工作，以及它们如何补充或削弱机器人手执行的任务。
软机器人技术——运动和材料的结合是软机器人手开发的关键。弹性体材料的选择会影响机器人手中执行器所施加的弯曲角度和力。
仿生材料——仿生材料模仿触觉，具有增强的电气特性和触觉感知能力。这些材料可以提高机器人手的灵敏度，使其更接近人类的能力。
灵巧机械手的应用灵巧的机器人手是一个有价值的研究领域，并且将继续如此，因为它们的发展对不同行业（包括制造、医疗保健、勘探等）具有重大影响。
工业自动化——灵巧的机器人手用于工业制造的许多方面的自动化，例如放置货物以实现安全运输和存储、提高生产速度的拾放系统以及重新定向物体以加快组装速度。
医疗和保健——在医疗领域，灵巧的机械手被用来协助需要精确度和准确度的精细外科手术。灵巧手技术也应用于先进的假肢，通过提供触觉和活动自由来提高患者的生活质量。
太空探索和危险环境——灵巧的机器人肢体被部署在太空探索和危险环境中，用于遥控物体操作。例如，火星好奇号漫游者的机械臂操纵装置来分析地球的土壤成分，而国际空间站上的欧洲机械臂（ERA）则用于处理各种任务，例如将负载转移到空间站气闸室、为空间站添加新结构等。空间站本身，甚至运送机组人员。
娱乐和游戏——灵巧的手技术也应用于游戏和娱乐。特别是，触觉手套可用于控制和接收来自远程呈现机器人或虚拟环境的反馈，以获得身临其境的用户体验。
结论灵巧机械手的应用和科学继续激发创新和想象力。从精确的外科手术到恶劣和危险的环境，灵巧的机械手的能力为工业和科学领域开辟了新的可能性。机器人领域极大地受益于灵巧手的创新，这导致了欠驱动技术、能够检测日益微妙的特性的传感器、具有类人反应的触觉以及与灵巧性相关的人工智能的探索的发展。
