氣壓/液壓驅(qū)動(dòng)型機(jī)器人靈巧手特點(diǎn)

氣壓/液壓驅(qū)動(dòng)靈巧手的工作原理是通過動(dòng)力元件推動(dòng)工作介質(zhì)(液體或氣體)在缸體內(nèi)產(chǎn) 生壓力差而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，與其他驅(qū)動(dòng)方式相比，液壓和氣壓驅(qū)動(dòng)具有輸出功率密度大、 易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制以及輸出力大等優(yōu)點(diǎn)。

氣壓驅(qū)動(dòng)

氣壓驅(qū)動(dòng)靈巧手的典型代表有德國 Festo 公司的氣動(dòng)靈巧手、上海交大聯(lián)合 MIT 開發(fā)的氣 動(dòng)靈巧手等。

以德國 Festo 靈巧手為例，該手采用柔性硅膠和氣動(dòng)波紋管材料作為手骨骼框架，具有極 強(qiáng)的柔順性和安全性。當(dāng)波紋管構(gòu)成的密閉空間內(nèi)充滿氣體時(shí)，在壓力差的作用下波紋管 發(fā)生形變使手指產(chǎn)生彎曲運(yùn)動(dòng)；反之，當(dāng)氣體從波紋管構(gòu)成的密閉空間內(nèi)排除時(shí)，手指恢 復(fù)初始伸展?fàn)顟B(tài)。此外，拇指和食指還具備特殊的氣動(dòng)單元結(jié)構(gòu)使其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)伸屈運(yùn) 動(dòng)還可橫向移動(dòng)，同時(shí)通過合理的布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)靈巧手的 12 個(gè)自由度僅由 8 個(gè) 氣動(dòng)制動(dòng)器就能完成驅(qū)動(dòng)。

這種氣壓驅(qū)動(dòng)的仿生靈巧手存在兩方面不足：（1）由于氣壓的控制相對(duì)較難導(dǎo)致靈巧手運(yùn) 動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)不平穩(wěn)的情況；（2）氣壓驅(qū)動(dòng)的相關(guān)驅(qū)動(dòng)元件體積較大，不便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械 和驅(qū)動(dòng)單元的集成化設(shè)計(jì)。

液壓驅(qū)動(dòng)

在氣壓驅(qū)動(dòng)的啟發(fā)下，Stefan Schulz 等人研制出微液壓驅(qū)動(dòng)的仿生靈巧手。該仿生靈巧手共有 8 個(gè)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)處集成有柔性流體執(zhí)行器，執(zhí)行器由集成在手掌內(nèi)部的微型液壓系 統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)充液時(shí)，手指關(guān)節(jié)處的柔性流體執(zhí)行器會(huì)產(chǎn)生壓力差從而驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)產(chǎn) 生彎曲運(yùn)動(dòng)。當(dāng)放液時(shí)，柔性流體執(zhí)行器內(nèi)的壓強(qiáng)減小，此時(shí)手指關(guān)節(jié)在關(guān)節(jié)處嵌入扭簧產(chǎn)生的扭力作用下恢復(fù)到初始的狀態(tài)。

液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)存在以下 3 點(diǎn)不足：（1）與氣壓驅(qū)動(dòng)類似，液壓驅(qū)動(dòng)依然會(huì)存在運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn) 現(xiàn)象，導(dǎo)致仿生靈巧手無法進(jìn)行手指位置的精確控制；（2）將液壓驅(qū)動(dòng)元件集成到手指指 體結(jié)構(gòu)中造成手指結(jié)構(gòu)冗雜，影響靈巧手的抓握性能。（3）液壓系統(tǒng)集成在手掌內(nèi)部，高 度集成化、輕量化的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致靈巧手的抓握輸出力較小。