看一下你的手。张开,握紧,摆动手指。拇指去触碰每根手指的指尖,拿起一支铅笔,敲敲桌子,轻轻拿着什么东西。你的手在做令人惊叹的事情。
人手是工程师最难复制的东西之一。机器人手可能看起来很酷,但让它们像真正的手一样工作极其困难——手不只是简单的夹子,它们是灵活的、敏感的、强壮的、温柔的,由强大的大脑控制的。
手指很复杂
人手有很多活动部件:每根手指有关节,拇指能以特殊方式移动,让它能触碰其他手指;手腕能转动、弯曲和调整。所有这些部件协同工作,让你能从不同角度抓取物体。
机器人手需要机械部件来复制这些动作:关节、电机、齿轮、电缆、材料和控制系统。即使顺畅地移动一根手指也很难,同时协调五根手指做有用的事情则难得多。
握力很棘手
当你拿起东西时,你的手会自动选择用多大力气:你轻轻拿薯片,紧紧握着重书包的背带,铅笔介于两者之间。
机器人必须学习这些。握得太紧会捏碎东西,握得太轻东西会滑落,抓错地方东西会扭转或掉落。当物体有不同的形状、大小、重量和质地时,这尤其难——光滑的玻璃杯和毛茸茸的网球不同,海绵和金属勺子不同。
触感很重要
你的手布满了触觉传感器,可以感觉压力、质地、温度、滑动和疼痛。如果杯子开始从手中滑落,你几乎立刻就能感觉到并握得更紧。
机器人手也需要触觉传感器,但复制人类的触感非常困难。机器人需要知道:我碰到物体了吗?我用了多大力?物体在滑动吗?它是软的还是硬的?我快把它捏碎了吗?没有这些反馈,机器人手只能猜测,而猜测会导致物体被掉落或损坏。
人手擅长处理奇怪的物体
人手可以拿起各种各样的东西:硬币、三明治、水瓶、鞋带、篮球、揉皱的纸。这些物体形状各不相同,有的小,有的大,有的软,有的滑,有的被触碰时会改变形状。
机器人手在物体可预测时通常表现最好。如果机器人被设计来捡起工厂中某一种零件,它可以非常擅长这项工作。但能捡起几乎任何东西的通用机器人手?那难多了。
机器人手不总需要看起来像人手
最好的机器人手不总是看起来最像人手的那种。一些机器人用只有两根手指的简单夹持器,其他的用吸盘,一些用能包裹物体的柔软橡胶手指,一些用磁铁吸附金属零件。
核心思想
机器人手很难做,因为抓握并不简单。一只有用的手需要运动、力量、轻柔、触感、控制,以及能处理混乱的、软的、滑的或形状奇怪的物体的能力。
人手如此出色,以至于我们忘记了它有多神奇。每次你系鞋带、打开零食包装或接住球,你的手都在做工程师还在努力复制的事情。这就是为什么机器人手是整个机器人技术中最有趣的挑战之一。
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工厂机器人如何制造汽车?关于作者
Noah Lopez
student volunteer
Noah is a student volunteer who helps run our robotics sessions and supports students building their first robot.
