机灵双手动作人体中成效最多的器官之一，不单是人类操纵用具的厉重根本，更为人类供应了适当情况和造作用具的才具。

　　仿人多指手动作人形机械人的枢纽构成局限，不单可晋升机械人的交互体验，还能巩固其成效性，帮力机械人杀青各式庞杂使命。

　　人手具有27块骨头、34个闭节和100多块肌肉。得益于这一庞杂的骨骼和肌肉体系，人手或许举行穿针引线等各式灵巧和庞杂的行为。

　　然而，关于仿人多指手而言，过于庞杂的构造不单会填补本钱，倒霉于大界限利用和贸易化。同时，构造越庞杂能够出滞碍的点也就越多，会影响到其牢靠性和耐用性，并带来后续的筑造资料、筑造工艺、筑形本钱和后续维持等一系列题目。其它，仿人多指手的打算还需思索人形机械人手臂的承重才具以及构造庞杂带来的能效比题目。

　　刚性构造下的人形多指手可能步武人手的形状、构造和成效，其构造简易、本钱低，耐用，须要的维持较少。也以是，古板的仿人多指手主体构造多为刚性构造。该构造的仿人多指手多采用古板的电机、气缸、液压缸等动作驱动器，通过齿轮、带轮、连杆、传动轴等一系列庞杂的传动体系对仿人指闭节施加驱动力，杀青指闭节的长间隔驱动。这种刚性构造的多指手固然成效庞大，但存正在构造庞杂、对表界情况的适当性差、平安性不上等过失，正在本质利用中往往须要庞杂的驱动管造。

　　柔性构造的仿人多指手则或许模仿人手的天然运动和抓握方法，供应更平常的运动限度和更灵巧的操作才具，并与人类合作，裁减不料危险的危害。比如，柔性仿生人指闭节的触觉力/角度感知才具，可能完整贴合载体，同时杀青手指指尖触觉力和闭节角度两个物理量丈量。该构造下的柔性仿生人经常操纵柔性资料，并集成有柔性传感器，这些传感器或许检测细幼的触摸和压力变革，供应肖似于人类触觉的感知才具。但柔性构造的打算庞杂性大大晋升，本钱也明显伸长，且柔性资料的集成和管造更具挑拨性，须要更一再的搜检和维持以确保其机能。

　　若何均衡筑造资料的刚性和柔性之间的冲突亦然已成为仿人多指手酌量打算与本质利用中的另一个厉重课题。

　　针对以上两个题目，此前曾有多个科研团队踊跃探寻刚柔联结的死板构造打算，并提出了一种“将柔性闭节与刚性闭节奥妙联结的刚柔耦合手指”的更始计划，以取胜古板打算的限定性，正在两者之间到达理念的均衡形态。

　　比如，为了低落柔性闭节的弯曲刚度，有酌量团队更始性提出了一种由矩形和海浪形圆形柔性闭节组成的复合手指构造。这一打算虽正在理念上颇具更始，但正在资料拣选与构造优化层面仍存正在亏折，且柔性闭节的变形才具也相当有限，这限度了其平常利用。

　　其它，也有团队提出了另一种采用气动技艺巩固软施行器刚度的步骤。这一步骤通过准确调控填充腔体粒子构造与加压方法，杀青了软构造刚度正在肯定限度内的敏捷调度，为软体机械人的发睁开采了新途径。

　　但值得留心的是，以往闭于刚柔耦合构造的酌量公共聚焦于新打算步骤的提出，并依赖贸易有限元软件举行开始的静力学分解与模仿验证，漠视了表面模子正在本质工程情况中的深远了解。以刚柔耦合抓取为例，无数酌量仅注重于欠驱动构造与抓取对象间表面模子的修建，缺乏与践诺的精密联结。

　　对此，来自广东工业大学机电工程学院仿生与智能机械人实践室与广东富力盛仿生气器人有限公司的酌量职员强强拉拢，从仿生学角度起程，对刚柔耦合仿生多指手构造举行打算，并提出了一种集手指与手掌于一体的新型模块化刚柔耦合仿人多指手，可通过刚柔耦合手指构造中的柔性闭节爆发觉显变形来杀青行为。

　　该打算不单步武了实正在人手的尺寸，还基于梁抑造模子表面，修建了链式刚柔手指构造的力学模子，宽裕思索了缆绳摩擦力对体系机能的影响，杀青了对绳驱动刚柔耦合手指的精准分解。为验证所筑力学模子的无误性，酌量团队发展了一系列有限元仿真与实物试验，就该模子的牢靠性举行验证。

　　其它，他们还全盘评估了刚柔耦合仿生人的各项机能目标，包罗最大屈曲幅度、最大屈曲力以及本质抓取才具，宽裕显现了所提打算步骤的可行性与高效性，为死板手正在柔性功课范围的利用供应了极具潜力的代替计划。

　　酌量团队提出新型人形手打算，不单正在构造上模仿了人手的庞杂行为，还正在资料与管造体系上杀青了高度的更始与集成。

　　整体来说，其手指的构造打算统一了刚性和柔性资料，通过柔性闭节与刚性指骨的联结，杀青了肖似人类手指的屈曲运动。手指闭节长度设定为5至6毫米，不单遵守了人手的剖解学尺寸，并且通过线缆驱开头掌基座电机的方法，杀青了单个自正在度的准确管造。食指、中指及无名指正在形式和尺寸上维持类似，以便于模块化拼装，而尾指则略幼以适当其成效需求。拇指则具有两个自正在度，模仿了庞杂的屈曲运动及腕掌闭节（CMC闭节）的成效。

　　手掌的打算包罗掌根、掌前壳与掌背壳，亦均服从本质人手的身分散局举行打算，确保各手指能正在掌心合理摆放。

　　正在资料拣选上，酌量团队采用了两种可3D打印资料：刚性局限选用了高刚度、不易变形的热塑性聚乳酸资料；而柔性局限则采用了弹性好、复兴性强的热塑性聚氨酯资料，其肖氏硬度为85A，弹性模量介于20至26MPa之间。这种资料组合不单便于造作，还能有用模仿人手的力学特质。

　　管造体系则紧群集成于手掌内部，电道板尺寸与手掌圆满成亲并固定个中。通过专用驱动模块管造六个直流齿轮电机的运动，同时诈骗传感器模块监测电机的速率、身分和电流消息，由微管造器举行数据统治。其它，为了晋升交互式管造的便捷性，酌量团队还斥地了主机软件，该软件或许杀青主机与微管造器间的通讯，及时显示每个手指的运动形态，并传输管造指令。

　　为了阐明线缆驱动的刚柔耦合手指构造数学模子的牢靠性和无误性，酌量团队以梁抑造模子为根本，采用了串联的铁木辛柯梁抑造模子来分解柔性闭节的变形，并动作显露刚柔耦合手指构造的合意框架。

　　酌量团队为刚柔耦合手指构造引入了数学模子，该模子基于静态分解的串联铁木辛柯梁模子。与古板串联梁构造区别，酌量团队的打算正在每对梁元素间引入了刚性指骨，造成了链条构造。每个局限都包蕴一个梁元素和一个刚体元素。通过离散化手指构造为多个端到端联贯的耦合单位，并联结串联梁模子，酌量团队可能体系地求解刚柔耦合手指正在区别载荷下的数学模子。

　　思索到线缆驱动和摩擦对刚柔耦合手指构造的影响，酌量团队将数学模子与线缆驱动条款下的力分解相联结。通过整合公式与线缆绞盘方程，酌量团队可能确定线缆对刚性指骨的力传达到梁元素末梢时发作的力矩。

　　诈骗Abaqus有限元软件对刚柔耦合手指构造举行仿真策画，酌量团队就数学模子的无误性举行了验证。仿真涉及对区别数宗旨刚柔耦合元素举行有限元分解，并正在区别线缆驱动力的影响下举行。

　　为了进一步验证数学模子的无误性，酌量团队筑设了实践平台，对线缆驱动的刚柔耦合手指构造举行了体系对比和验证。实践进程中，纪录了区别线缆驱动力下手指构造的变形运动消息，并与数学模子和有限元仿真策画举行了比照。通过分解指尖点的间隔偏差，阐懂得所筑设的数学模子拥有高精度和杰出的无误性。偏差开头闭键包罗柔性资料的非线性超弹性、线缆驱动进程中的非线D打印造作工艺的担心闲性。

　　刚性-柔性耦合手指构造的机能与所操纵的线缆驱动直流齿轮电机的机能亲密闭连。实践中，酌量职员将电机配置正在特定条款下做事：负载转速65转/分钟，做事电压12伏，堵转电流0.5安，均匀扭矩0.3牛·米。

　　测试显示，手指构造正在举行最大限度弯曲时，需约8.6牛的最大弯曲张力。其它，通过电机驱动，酌量团队还敌手指构造举行了根本机能测试。上图(a)显现了手指的最大弯曲形态，此时，近端、中端和远端柔性闭节均可弯曲逾越90度。同时，操纵数字张力计评估了手指的最大按压力，上图(b)所示。正在初始弯曲形态下，电机通过线缆正在手指末梢施加压力，五次测试的均匀压力约为15.6牛。。

　　酌量团队还对人形手举行了抓取实践。为了填补摩擦力，正在实践前，酌量职员给人形手戴上了手套。上图显现了戴手套的假肢手与人类手的比照。从下图可能看出，酌量团队所打算的刚柔耦合人形手或许基础杀青各式抓取分类测试，这注解它正在肯定水平上能步武人类手的抓取成效，并具备抓取平时物品的才具。

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