用于工業(yè)和服務(wù)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(wù)范圍更廣。近年來,，工業(yè)和學術(shù)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(shè)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(wù)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(shè)計要求之一,，為了滿足這一要求，研究者使用3D打印技術(shù)來實現(xiàn)手部的設(shè)計制造,。具體地,，NU手是一個完整的3D打印體，3D打印技術(shù)的應(yīng)用使得該手的設(shè)計和制造省去了緊固件和軸承組裝件的應(yīng)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(yīng)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