盖世汽车讯 为了使机器人能够广泛应用于工厂、物流、服务业以及家庭等不同场景，它们必须能够稳定抓取形状、尺寸、重量和刚度各不相同的各种物体。然而，传统机器人手通常需要配备多个电机和复杂的控制系统，这在重量、成本、故障风险以及控制难度等方面都带来了挑战。

据外媒报道，金泽大学理工学院（the Institute of Science and Engineering at Kanazawa University）研究团队开发出一种采用单个电机驱动、却能够切换多种夹爪（grippers）的机器人手。此外，他们还通过一种独特的机械结构提出了机器人设计的新理念——将通常被机器人学视为干扰因素的重力转化为机器人手的驱动力。

相关成果发表于期刊《IEEE Robotics and Automation Letters》。

图片来源：T. Nishimura，金泽大学

利用重力实现夹爪切换

研究团队提出了一种名为“MaGDri（Magnetic and Gravity-based Driving，基于磁力与重力驱动）”的机械结构，通过利用重力切换扭矩传递路径（torque path），实现多种抓取功能，而无需增加额外执行器（actuator）或复杂控制系统。此外，利用原型样机开展的实验进一步验证，该机器人手能够根据不同物体的形状和尺寸，自动选择合适的夹爪完成抓取。

传统机器人手为了适应各种抓取任务，通常需要采用配备多个电机的机械手，或借助被称为工具更换器（tool changer）的外围装置实现不同夹具之间的切换。而此次开发的原型系统具有独特之处：虽然机器人手集成了多个夹爪，但所有夹爪均由单个电机驱动，电机动力则通过一种利用重力实现的机械结构切换传递路径。

这一设计为开发兼具多种抓取能力、同时保持结构相对简单的新型机器人手提供了新的设计思路。

由于单个电机即可驱动多个夹爪，该设计有望降低机器人手的重量、占用空间和制造成本。因此，这一全新的设计理念通过创新机械结构，在不增加电机数量的前提下，实现了机器人手功能的扩展。尤其是利用重力实现扭矩路径切换的机械结构，为构建兼具简洁结构和多功能性的机器人手提供了一种全新的技术路线，有望推动机器人手设计及机构学研究的发展。

图片来源：T. Nishimura，金泽大学

有望拓展机器人应用场景

研究人员表示，这项成果有望推动服务于日常生活的机器人进一步发展。

例如，在整理家庭物品、养老护理和社会福利场景中的物品递送，以及商店和物流设施中的商品搬运等任务中，机器人都需要安全、可靠地处理形状、尺寸和刚度各异的大量物体。

如果像本研究所展示的那样，一只机器人手便能够在多种抓取方式之间自由切换，那么机器人能够完成的任务范围将进一步扩大，并能够以更高的灵活性协助人类完成各类工作。

此外，由于仅依靠一个电机即可实现多功能抓取，这种机器人手还有望实现更轻量化、更低成本的设计。因此，研究人员认为，这项成果有望推动适用于工业、家庭、护理辅助、移动机器人以及灾害救援机器人等多种场景的机器人手研发。