氣壓/液壓驅(qū)動型機器人靈巧手特點

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

氣壓驅(qū)動

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

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

這種氣壓驅(qū)動的仿生靈巧手存在兩方面不足：（1）由于氣壓的控制相對較難導(dǎo)致靈巧手運 動過程中會出現(xiàn)不平穩(wěn)的情況；（2）氣壓驅(qū)動的相關(guān)驅(qū)動元件體積較大，不便于實現(xiàn)機械 和驅(qū)動單元的集成化設(shè)計。

液壓驅(qū)動

在氣壓驅(qū)動的啟發(fā)下，Stefan Schulz 等人研制出微液壓驅(qū)動的仿生靈巧手。該仿生靈巧手共有 8 個關(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)進行驅(qū)動。當(dāng)充液時，手指關(guān)節(jié)處的柔性流體執(zhí)行器會產(chǎn)生壓力差從而驅(qū)動手指關(guān)節(jié)產(chǎn) 生彎曲運動。當(dāng)放液時，柔性流體執(zhí)行器內(nèi)的壓強減小，此時手指關(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)動設(shè)計存在以下 3 點不足：（1）與氣壓驅(qū)動類似，液壓驅(qū)動依然會存在運動不平穩(wěn) 現(xiàn)象，導(dǎo)致仿生靈巧手無法進行手指位置的精確控制；（2）將液壓驅(qū)動元件集成到手指指 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，導(dǎo)致靈巧手的抓握輸出力較小。