常見仿人機器人機械手種類介紹與性能展示(一)

03-23

之前的文章提到過，仿人機器人機械手由於其精巧的結構與複雜的機械設計難度，大多數的機械手都無法完美「複製」人手的結構和功能，因此出於結構的簡化和不同應用場合功能的側重，就衍生出了大量不同的機械手設計。

這篇文章將給大家做一個不同機械手種類的介紹與性能展示（目錄中1-10），由於作者個人的認識也是有限的，所以無法概括到所有學術、市面上的機械手。如果你知道有些機械手具有很精巧的設計和卓越的性能，而我沒有概括到，完全是因為我的無知，很歡迎你在文章底下評論留言以及補充。

1. Schunk Hand

Schunk Hand 雄克靈巧手

來源: Schunk, 德國，商業產品；

驅動類型：全欠驅動結合，齒輪、連桿驅動；

特點：高度仿生設計，高度集成化，優化後的高效 9 x DoA (Degree of Actuation) 設計，能夠實現絕大部分人手的運動，且支持ROS平台（schunk_svh_driver - ROS Wiki）；

鏈接：Gripping Systems

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958630721548546048

2. Shadow Hand

Shadow Dexterous Hand

來源: Shadow Robot Company, 英國，商業產品;

驅動類型: 全驅動 Tendon driven;

特點：高度仿生設計，能夠還原人手的所有自由度，廣泛使用的商業產品；

鏈接：Dexterous Hand - Shadow Robot Company

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958580492715462656

3. PISA/IIT SoftHand

PISA/IIT SoftHand

來源： University of Pisa/IIT，義大利，科研；

驅動類型：欠驅動，Tendon Driven；

特點: 高度仿生設計，高集成度，Synergies理念使用，單電機控制所有的自由度，極佳的環境適應柔性；

參考文獻：

M. G. Catalano, G. Grioli, E. Farnioli, A. Serio, C. Piazza, and A. Bicchi, 「Adaptive synergies for the design and control of the Pisa/IIT softhand,」 The International Journal of Robotics Research (IJRR), vol. 33, no. 5, pp. 768–782, 2014.

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958595395987697664

4-5. Mars&Sarah Hand

左圖：Mars Hand；右圖：Sarah Hand （兩隻手出自一篇Paper）

來源: Laval University，加拿大，科研；

驅動類型：欠驅動，連桿；

特點: 極強的可靠性和魯棒性，不得不提作者算是機械手設計領域內的泰斗級人物：Thierry Laliberte′, Lionel Birglen, and Clement ′ M. Gosselin（French Canadian）。這兩隻機械手出現於2002年，為機械手（尤其是欠驅動機械手）的發展奠定了理論基礎；

參考文獻：

T. Lalibert′e, L. Birglen, and C. Gosselin, 「Underactuation in robotic grasping hands,」 Machine Intelligence & Robotic Control, vol. 4, no. 3, pp. 1–11, 2002.

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958599891652407296

6. HERI Hand

HERI Hand

來源：Italian Institute of Technology，義大利，科研；

驅動類型: 欠驅動，Tendon Driven；

特點：中指尺寸非對稱化設計，優化後3 x DoA (Degree of Actuation) 能夠實現抓握、Pinch以及拇指的Abduction/Adduction，具備手指運動位置以及觸覺反饋性能；

參考文獻：

Z. Ren, C. Zhou, S. Xin, and N. Tsagarakis,「HERI Hand: A Quasi Dexterous and Powerful Hand with Asymmetrical Finger Dimensions and Under Actuation,」 in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2017.

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958602158568927232

7. Ritsumeikan Hand

來自日本立命館大學的機械手

來源：Ritsumeikan University，日本，科研；

驅動類型：欠驅動，Tendon Driven;

特點：簡潔、低成本以及輕量化設計，優化後的4 x DoA (Degree of Actuation) 能夠實現絕大多數人手運動。

參考文獻：

K. Mitsui, R. Ozawa, and T. Kou, 「An under-actuated robotic hand for multiple grasps,」 in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2013, pp. 5475–5480.

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958608463668985856

8. MANUS Hand

MANUS Hand

來源：歐盟項目，科研；

驅動類型：欠驅動，Tendon Driven；

特點: 高集成度設計與魯棒性，元老級產物，產自04年的高引文章，一定程度上奠定了基於tendon driven的欠驅動機械手的設計思路。

參考文獻：

Pons, J. L., E. Rocon, R. Ceres, Dominiek Reynaerts, B. Saro, S. Levin, and W. Van Moorleghem. "The MANUS-HAND dextrous robotics upper limb prosthesis: mechanical and manipulation aspects." Autonomous Robots 16, no. 2 (2004): 143-163.

相關視頻：

早期機械手，相關展示視頻未找到:)

9. SPRING Hand

SPRING Hand

來源：Superiore Sant』Anna，義大利，科研；

驅動類型: 欠驅動，Tendon Driven;

特點：同樣也是2004年的元老級產物，來自高引文章，對於基於Tendon Driven的欠驅動機械手的抓取的自適應性(Self-Adaptive)研究奠定了一定的基礎。

參考文獻：

Carrozza, Maria Chiara, C. Suppo, Fabrizio Sebastiani, Bruno Massa, Fabrizio Vecchi, Roberto Lazzarini, Mark R. Cutkosky, and Paolo Dario. "The SPRING hand: development of a self-adaptive prosthesis for restoring natural grasping." Autonomous Robots 16, no. 2 (2004): 125-141.

相關視頻：

早期機械手，相關展示視頻未找到:)

10. RTR2 Hand

RTR2 Hand

來源：Superiore Sant』Anna，義大利，科研；

驅動類型: 欠驅動，Tendon Driven;

特點：輕便、高度集成化，是來自2002年的元老級機械手，將機械手欠驅動、差動結構的概念提出在假肢（prosthetic）應用上。

參考文獻：

Massa, Bruno, Stefano Roccella, Maria Chiara Carrozza, and Paolo Dario. "Design and development of an underactuated prosthetic hand." In Robotics and Automation, 2002. Proceedings. ICRA02. IEEE International Conference on, vol. 4, pp. 3374-3379. IEEE, 2002.

相關視頻：

https://www.zhihu.com/video/958619992091086848

經過知友 @蔡世勛補充，現補充如下網站鏈接：

The best robotic hands?

mindtrans.narod.rurobotsystems.net - Hand Research?

www.davidbuckley.net

如上兩個網站匯總了更多種類的機械手介紹，有興趣可以點擊進入查看。