瑞士科学家突破机械手技术瓶颈 双面抓握机器人实现工业应用新飞跃

问题——长期以来,机械手设计多借鉴人类手部结构,以实现灵巧抓取和稳定操作。

然而,人手虽精细,却天然存在非对称形态与单面抓握的限制:在狭窄空间内转向、在复杂工位间切换、或需要同步操控多件物体时,单一抓取面与固定结构往往带来姿态受限、效率下降等问题。

对工业产线的多规格零件分拣、服务场景的多物品递送、以及野外环境的不规则目标抓取而言,这类限制更为突出。

原因——上述瓶颈既源于生物结构的物理边界,也与传统机械手的工程路径有关。

过去不少方案强调“仿生逼真”,在指形、关节与肌腱式传动上追求接近人手的复杂度,但随之带来结构不对称、抓取面单一、部件耦合度高等问题:一方面难以在不同方向上快速建立稳定接触,另一方面在需要移动、换位或跨工位作业时,往往依赖机械臂整体位姿调整,增加了系统负担与控制复杂度。

为应对新型作业需求,业界逐步转向对称结构、模块化和可重构设计,希望以更少的结构代价换取更强的适应性。

影响——研究团队提出以对称结构强化“多方向可用性”,并将“末端执行器可移动化”作为提升系统效率的关键。

报道显示,团队研发了五指与六指两种对称机械手版本,手掌直径均为16厘米。

对称设计使机械手能够从双面进行抓握,扩大可用接触面与姿态选择空间,从而更容易应对尺寸超出常规范围或形状不规则的目标。

与此同时,该机械手可与机械臂基座分离,通过内置驱动实现自主爬行移动,意味着末端不仅能“抓”,还具备一定“位移与换位”能力,有助于在工位密集或受限空间内减少机械臂大幅度调整带来的时间成本与碰撞风险。

对策——从工程实现路径看,这一方案体现了“结构与任务共同优化”的思路:以对称几何提升抓取方向自由度,以可拆卸模块化降低系统耦合,以自主移动能力补足传统末端执行器“只能依附机械臂”的短板。

研究演示中,机械手可连续抓取最多3个不同物体,并能在抓持状态下稳定重新与机械臂对接,显示其在“抓取—转运—再对接”链条上的闭环能力。

实验还验证其可可靠抓取卷筒芯、橡胶笔、罐头、橡胶球等多类日常物品,并能复现人类手部数十种典型抓握姿态,最大负载可达2公斤。

这些指标为其进入标准化作业流程提供了初步可行性:一方面,负载与稳定性决定其能否覆盖常见搬运与装配任务;另一方面,多物体连续处理能力关系到产线节拍与服务效率。

前景——面向应用落地,双面抓握与自主爬行的组合有望在三类场景率先体现价值:其一,工业自动化中多规格零件抓取与装配,尤其是工位间距小、目标朝向多变的产线;其二,服务与协作场景中多物品递送、整理与辅助操作,对安全性与适应性要求较高;其三,野外勘探或应急任务中面对未知形状目标、地形受限、通道狭窄等条件,末端具备局部移动能力可提升系统容错性。

与此同时,真正的规模化应用仍需在可靠性、能耗管理、复杂环境下的感知与控制协同等方面持续迭代,并与现有机械臂、控制系统、作业流程完成工程化适配。

可以预期,未来机械手的发展将更加注重“可重构、可协作、可维护”,以模块化降低部署成本,以结构创新提升适应性,以系统级设计增强整体效率。

机器人技术的每一次突破,都源于对现实问题的深入思考与创新求解。

新型"巧手机器人"的研发成功,不仅展示了人类在机械设计领域的创新能力,更重要的是它提醒我们,有时突破瓶颈需要的不是盲目模仿自然,而是在深刻理解自然的基础上进行大胆超越。

随着这类先进机械系统的不断涌现,人机协作的未来图景正在逐步清晰,我们有理由对机器人技术在服务人类、造福社会中的前景抱有充分期待。