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一個研究團隊已經開發(fā)出了能在運動范圍、靈活性和靈敏度等方面模擬人手的機械手原型。借助壓電機械技術和液壓技術，這種機械手有可能在要求*靈敏度和驚人力量的應用中大顯身手。

人手真是一個絕妙的系統(tǒng)——在其解剖組織結構中，韌帶、腱和肌肉連接著27塊骨骼，讓它能夠做出形形 的動作。人手能夠以恰到好處的靈敏度和靈活性握住諸如鑷子等小東西， 也可以用很大力量來移動沉重的物體。人手擁有非常廣泛的能力，其中就包括高精度抓取。正是靠著這種能力，人類才可以做出如書寫等的特殊動作。

為了復制這些能力，慕尼黑西門子中央研究院的一個研究團隊，正在與總部設在倫敦的Shadow Robot公司合作。后者專門研發(fā)擬人機械手及相關系統(tǒng)。

四根手指 研究人員已經開發(fā)出了一種技術，它讓機械手比以往任何時候都更接近于擁有像人手一樣的靈敏度和靈活性。這項技術的關鍵是新型有線線性執(zhí)行器系統(tǒng)。

西門子中央研究院的工作核心是將安裝在機械手手指上的傳感器與機械手前臂內的一系列西門子執(zhí)行器連接起來。這些執(zhí)行器為機械手執(zhí)行各式各樣的動作創(chuàng)造了條件。

有了這個系統(tǒng)，研究人員可以開發(fā)出擁有四根手指和腕部、并能在20度范圍內自由運動的機械手。它能模擬人手所有抓取動作，比傳統(tǒng)的兩根手指的“鉗子”機械手向前跨出了一大步。項目研究人員利用西門子中央研究院開發(fā)的壓電液壓技術原理，模擬人手的各種動作。Georg Bachmaier博士表示：“為了讓機械手有更多不同應用，它需要使用適當的力量和速度。只有實現(xiàn)了這一點，機械手才能執(zhí)行要求精細運動技能的任務。”Bachmaier與他的同事Iason Vittorias博士和Wolfgang Zöls博士一同在西門子中央研究院機電一體化系統(tǒng)研究小組中負責自主式系統(tǒng)硬件研發(fā)。

新的執(zhí)行器可以通過設置，讓它的機械阻抗快速而輕柔地運作，從而確保安全。這樣一來，機械手就可以十分靈敏地執(zhí)行極為精細的動作。在執(zhí)行這些動作的過程中，Shadow Robot提供的傳感器可將每個關節(jié)的位置以及指尖上施加的壓力等信息，發(fā)送給分布在機械手上的執(zhí)行器。其中的關鍵是手指上的傳感器與安裝在機械手前臂內的西門子有線執(zhí)行器串之間的連接。根據機械手的位置和指尖上施加的壓力等信息，系統(tǒng)可以執(zhí)行目標任務。這意味著，執(zhí)行器能讓手指以精確的適量壓力，執(zhí)行適當動作。然而，它們也可以施加巨大力量，因為更改系統(tǒng)控制設置就可以迅速改變機械手的行為，讓執(zhí)行器提高強度，從而傳遞大得多的力量。

西門子中央研究院研發(fā)的技術讓擬人機械手擁有了類似于人手的運動和響應能力。

機械手配備了感測和運動技術。得益于此，它可以拾起一朵花而不對花造成傷害。

半自主式擬人機械手可以在工業(yè)界開辟出新的道路。

無限應用
這一進展的背后是壓電機械技術和液壓技術的組合。特定電壓導致壓電晶體輕微偏斜。而液壓系統(tǒng)可將這些輕微動作的動作距離放大至20 mm。執(zhí)行器的另一個優(yōu)勢是擁有金屬外殼，它可以保證所有液壓油均裝在系統(tǒng)內。因而，工程師僅需為執(zhí)行器提供電源，而不必提供液壓油。此外，金屬外殼可保護執(zhí)行器不受灰塵、潮濕或化學品等環(huán)境因素的影響。

像人手一樣的機械手有可能實現(xiàn)極為精細的動作和壓力水平，這將為工業(yè)界開創(chuàng)許多新的可能。例如，在與自主系統(tǒng)結合方面，配備這種機械手的機器人系統(tǒng)可以在人類會造成破壞或可能陷入危險的區(qū)域，執(zhí)行目前只能依靠人類的手工技能來完成的任務。這樣的環(huán)境包括微芯片和半導體行業(yè)的無塵室，制藥、化工和食品等行業(yè)的實驗室，以及化工行業(yè)潛在的有害健康的環(huán)境。

然而，機械手產生影響為深遠的應用領域或許是制造業(yè)。制造業(yè)歷來使用防護欄將機器人與人類分隔開。由于傳感器技術的進步，*的機器人變得更加靈敏，能夠檢測出人類并避免傷害。隨著機器人的發(fā)展，它們將逐步走向自主化。一旦配備類似人手的機械手，它們未來很有可能可以與人類并肩工作。

Vittorias表示：“壓電機械手實現(xiàn)了過去只有人手才能實現(xiàn)的高效率和靈活性。”這一創(chuàng)新名副其實地使工業(yè)環(huán)境中人類與機器人的合作變得“觸手可及”。研究人員希望在2016年底推出機械手樣品。