MIT开发「会滚动的手指」，不仅能玩骰子抓扑克，还是篮球高手！

在近日召开的机器人顶级会议ICRA 2020上，斯坦福大学的研究人员开发了一种特别的机械手，与传统的机械手不同，该机械手“会滚动的手指”具备连续旋转的能力，因此无需弯曲手指即可无限旋转并抓握物体。

我们来看看这个机械手的抓取能力如何。

先抓个篮球试试。

不仅能抓取球体，纸箱也轻轻松松。

这只机械手还能驾驭更小的物体，它可以利用指尖滚筒将一张扑克滑动到桌面边缘然后再抓取。

除了稳定抓取之外，它还可以轻松操纵物体。

一只小小的骰子，它转起来毫不费力！

拧瓶盖，玩篮球，连一张薄薄的纸片也能‘玩弄于鼓掌之间’！

机械手的设计原理

机械手有三根手指组成，每根手指都有三个可驱动的自由度，从而产生了几种不同的方式来抓握和操纵物体。

手指配备了正交编码器的微型DC齿轮电动机，能够连续旋转。压路机表面附上氯丁橡胶O形圈，可增加高摩擦力，便于抓握和操纵物体。

抓紧器组件的运动学配置和参数设置如下图所示。

手指1和2对称分布，这两个手指的近端关节轴以镜像方式组装。手指3的近端关节轴与手指1和2正交，并且该轴偏离手指1和2的共享中平面。

机械手的空间运动学

控制机械手滚动物体的关键在于施加在滚轮上每个接触点的速度矢量。对于不同的物体，机械手的运动模式可分为两指模式和三指模式。研究人员将这两个模式组合起来，形成了可以实现球体的完整6自由度空间运动的配置。

图中H表示手指处于水平状态；V则表示竖直状态；P表示在H和V之间同步旋转；而×表示不使用该手指。例如，当手指1和2处于竖直状态且手指3处于水平状态时，可以通过VVH进行；

下图为对机械手二指控球的分析和展示。

研究人员对机械手控球建立了运动学模型，需要考虑到球的重心，手指与球中心位置之间的正向和反向运动学关系，以及手指与球之间的摩擦力。

未来与挑战

对于普通的机械手来说，有时抓取特殊物体是很困难的，比如桌子上的扑克。而该机械手的手指滚轮能够轻松地将东西从桌子上捡下来。

然而这只机械手的运动不是十分完整，在抓取物体之前，研究人员需要正确对齐被抓物体。这意味着如果不经过其他中间步骤，就无法任意重新定向物体。而且，它与许多其他抓取器的方式也不兼容，从而限制了某些类型的抓取。这种特殊的设计可能不会取代所有的抓手，但是在某些特定种类的操作上，它能以独特的方式获胜。

IEEE专栏与这项研究的第一作者Shenli Yuan进行了对话，Shenli Yuan表示：“目前的机械手大多将人类双手视为模仿对象，拟人化的机器人手仍然值得研究，并且要真正匹配人类手的灵巧性，还有很长的路要走。我们的研究展示了机械手不受拟人约束的独特功能，以及在机器人操纵中可能实现的却在生物学上不可能实现的机制。此外，对于许多任务，尝试模仿人类双手不一定是最佳选择。也许在20至50年内，机械手的灵活性会比人类双手好得多”。

论文直通车

论文题目：Design of a Roller-Based Dexterous Hand for Object Grasping andWithin-Hand Manipulation

链接：

https://ras.papercept.net/proceedings/ICRA20/1733.pdf

作者给出了论文解读视频，感兴趣的读者戳：

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