軟體機械手由于自身材料的柔軟特性，在順應性、抗沖擊性方面有著得天獨厚的優勢，不但可以實現抓取不同重量、大小、形狀的物體，并且自身受到外界擠壓、扭轉時，幾乎不會損壞。近年來，相較于剛性機械手，結構簡單、制作便捷的軟體機械手吸引了越來越多研究人員的注意。根據手指原理結構的不同，仿生手指經歷了從單腔執行器向多腔執行器發展的過程。單腔執行器工作狀態下呈現出較為標準的圓弧狀，依靠自身材料的順應性被動地適應被抓取物體的形狀和尺寸，但仍不能像人手一樣依靠多個關節之間的配合做出復雜的手勢或主動地適應物體的外形、尺寸和表面，仿人手多關節結構的多腔執行器成為了設計靈活手的更佳選擇。

近日，機械與儲運工程學院機器人工程專業劉書海、肖華平兩位老師組建的ISFR機器人團隊，提出了一種多關節的氣動軟體靈活機械手。仿生手指和仿生拇指（包括大魚際執行器）通過多步澆注的工藝制備，由氣壓驅動，具有良好的彎曲性能和輸出力。人的手掌正面拇指根部，下至掌跟，伸開手掌時明顯突起的部位，醫學上稱其為大魚際，由于大魚際的存在，使得大拇指擁有顯著的靈活性。機械手的每個手指關節可以獨立彎曲，配合靈活的大魚際氣動肌肉，能夠模仿多種人手動作甚至是用手語表達字母，還能夠實現對于不同大小、重量、形狀和表面紋理的目標物的穩定抓取。該項研究成果以博士研究生郝天澤為第一作者在國際機器人領域著名期刊《Soft Robotics》和《Smart Materials and Structures》上以“Multijointed pneumatic soft hand with flexible thenar”和“Flexible and stable grasping by multi-jointed pneumatic actuator mimicking the human finger-impacts of structural parameters on performance” 為題發表。

鏈接：https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/soro.2021.0017

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/ac3405

多關節仿生手的實物圖及設計、制造流程。(a) 多關節仿生手的部件示意圖；(b) 仿生手指和(c) 仿生拇指的制作流程。

 手指和拇指（包括大魚際）在不同氣壓下的彎曲軌跡。(a-c)仿生手指不同關節的彎曲軌跡；(d)拇指的彎曲軌跡；(e)大魚際的彎曲軌跡。

 推力測試實驗。(a)推力試驗臺；(b) 不同氣壓下仿生執行器的推力.

用手語手勢表達26個英文字母。

 用三種抓取方式抓取不同目標物。(a-d) 拇指抓取方式；(e-g)精準抓取方式；(h-l) 有力抓取方式；(m) 穩定性測試。

YCB（Yale-CMU-Berkeley）抓取測試。

執行器的仿真和實驗對比。(a)36kPa下三腔執行器的仿真預測結果；(b)纖維增強的三腔執行器；(c)無纖維增強的三腔執行器的彎曲結果；(d)纖維增強的三腔執行器的彎曲結果.