機器手的案例
機器手爪結構分析
機器手爪結構分析
1.問題描述
設計如下機器手爪去抓取最大重量在10kg左右的物體，為安全考慮，本次抓取接觸部位的摩擦系數取0.15，在抓取物體時因為需要通過摩擦力的作用將物體提起，所以抓手在收到物體重力的作用外，也會收到物體的反作用力，假設四個抓手受力均勻，每個抓手受到的反作用力為10*10/0.15/4=166.75N;物體重力為100N，分配到每個抓手上為25N。
圖1 機器抓手結構
2.前處理
模型主體材料選擇Steel，具體操作如下圖所示：
圖2 添加材料屬性
定義間隙為0.5mm，選擇自動搜索進行接觸添加，顯示接觸如下圖所示：
圖3 模型接觸圖
在模型頂部添加固定約束，如下圖所示：
圖4 頂部約束圖
在模型四個抓手上添加四個方向的壓力以及Y方向的重力作用力，如下圖5所示：
圖5 載荷圖
計算結果Miss應力云圖如下圖所示：
圖6 Miss應力云圖
圖7 最大載荷位置點
最大應力點為62.2Mpa，選用材料的屈服強度為117MPa，最大應力在屈服強度以下，滿足設計要求。
展開 種植全靠機器手的無人農場，產量比傳統種植高30倍
為了解決勞動力短缺問題，美國加州一家科技公司Iron OX設計出了一個有機器人種植的無人農場。用機械手去替代人力進行務農。
實際上有這樣想法的，他們不是第一家，只不過是之前的絕大多數嘗試都以失敗告終。而Iron OX公司就耗資4千多萬，用了兩年時間打造這個自動化無人農場。
在這個無人農場里采用的是水培植系統去種植作物，這個培植方式比傳統用泥土種植用水量更少，安全無菌而且效果更加高。
農場使用了兩個機器人來打理，一個是負責搬運的Angus，它的總重量只有450公斤，但可以搬動360公斤的幼苗托盤，24小時不間斷地工作。
農場有一個云端控制系統，能夠從水培植系統中提取各項數據，及時分析農作物的生長狀況，如果分析出某個區域的農作物成熟了，機器手就會自動進行收割。
農場依靠著這些先進的系統，不僅能提農作物高產量還能預防疾病。據稱，這個無人農場的產量是傳統種植的30倍。
展開 并聯機械手爪運動學分析 ￥32
2.4.3 基于Robotics Toolbox的工具箱的模型檢測
上文中，我們已經對采摘機器手爪運動學理論模型進行了創建，接下來要用MATLAB軟件中的機器人工具箱對創建好的采摘機器手爪運動學理論模型進行校驗。
2.4.4 對象模型創建
運用MATLAB軟件的Link函數將上文采摘機器手爪已確立的主要參數代入完成整個模型建模。Link函數格式如下：
L=Link([theta,d,a,alpha]) (2.8)
該式中，theata為關節角；d為連桿偏距；a為連桿長度；alpha為連桿轉角。通過表2.7的D-H參數，在MATLAB中編寫的程序如下圖2.8所示：
圖2.8 Link函數程序
采摘機器手爪的運動學仿真模型由該程序代碼在MATLAB軟件中運行得出，其模型如下圖2.9所示：
圖2.9 機械手運動學模型
2.4.5 運動模型驗證
上文已將完成了對采摘機器手爪運動學理論模型的建立。通過設定θ值的大小，可改變機械手姿態和得到對應的末端位置坐標。對采摘機器手爪的運動理論模型驗證是通過理論模型得到與由矩陣計算得到的兩個末端位置進行比較判斷。設定運動模型的起始點和結束點：
代入公式中求得的采摘機器手爪末端位置坐標與采摘機器手爪運動模型的末端位置坐標相等，證明了采摘機器手爪正向運動學求解方程正確，模型姿態如下圖2.10。
（a）起始姿態
（b）結束姿態
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展開 軟體機器人抓手可以處理容易受傷的海洋生物
正是考慮到這一點，哈佛大學領導的團隊最近開發了一種具有柔軟觸感的水下機器人抓手。
該裝置基于以前的研究，設計用于與遠程操作水下航行器配合使用，該航行器由船上的操作員實時控制。抓手已經以各種形式進行了試驗，其配備兩到五個柔軟的聚氨酯“手指”。這些“手指”在面對目標物體時可以使用低壓液壓系統打開和關閉 - 例如小而脆弱的動物 - 將海水泵入和排出。所有的“手指”都固定在一個中央木球上，而木球則由遠程操作水下航行器現有的鋼制鉗子固定。
由于“手指”是3D打印的，因此可以根據需要在遠程定位的研究船上制造專為特殊任務設計的新“手指”。該技術最近在南太平洋菲尼克斯群島的一次探險中進行了測試。在那里，不同版本的遠程操作水下航行器安裝式抓手用于無害地拾取和檢查生物，包括海參、珊瑚和海綿動物，深度達2224米。
根據操作員的反饋，科學家們3D打印并在“手指”上添加了額外的功能 - 這些包括楔形柔軟的“指甲”，使“手指”更容易在物體下方滑動，同時還有沿著側面邊緣的延伸部分。“手指”形成了阻止動物在它們之間滑動的障礙。
“當與容易受傷的水下生物相互作用時，最適合的采樣設備也最好是柔軟的，”該研究論文的共同作者Rob Wood博士表示。“直到最近，軟體機器人技術領域才進一步發展，使我們能夠真正建造能可靠無害地抓住這些動物的機器人。”
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靈巧手CNC機加工：人形機器人具身智能的關鍵零部件制造方案
靈巧手CNC機加工在具身智能與人形機器人中的關鍵作用
隨著人工智能與機器人技術的飛速發展，“具身智能”逐漸成為學術界和產業界的熱門話題。在具身智能的研究和應用中，靈巧手（Dexterous Hand） 被認為是人形機器人最具挑戰性的核心部件之一。它不僅僅是一個抓取工具，更是人形機器人實現與真實世界高效交互的關鍵。
一、靈巧手與人形機器人發展的緊密關系
靈巧手是指具備高自由度（Degrees of Freedom, DOF）的末端執行器，能夠完成精細的操作，例如抓取易碎物體、進行復雜的裝配動作，甚至模擬人類手部的靈活性。相比傳統的機械夾爪，全驅動靈巧手在關節控制、抓取方式和反饋機制上更接近人類手掌。
在人形機器人靈巧手的研發過程中，自由度的提升意味著更復雜的機械結構與更高精度的加工要求。例如，一個具備20個自由度的靈巧手，每個關節都需要高精度的金屬零部件支撐，任何微小誤差都會導致運動精度下降。
二、靈巧手的結構特點與加工難點
高精度零部件
靈巧手中包含大量微型軸承、關節支架、齒輪和連桿，這些零件往往需要在±0.01mm甚至更高的公差范圍內完成。
輕量化設計
為了降低人形機器人的整體能耗，靈巧手的零部件通常采用鋁合金、鈦合金、不銹鋼等輕量化材料。這對CNC機加工提出了刀具選擇、切削速度和表面處理的嚴格要求。
復雜的三維結構
末端執行器中的零件通常需要三軸、四軸甚至五軸CNC機床加工。例如指關節零件往往具有復雜的曲面，需要五軸聯動加工才能一次成型，避免多次裝夾帶來的精度誤差。
裝配與一致性
全驅動靈巧手的零部件不僅要求單件精度，還必須保證批量生產中的一致性。否則，在機器人多手指的聯動中會產生卡滯或力學性能不均。
展開 鈦絲驅動應用案例（NiTiDrivetech）-仿生機器人-手
鈦絲驅動技術（nitidrivetech）目前已經在航空航天、醫療、無人機、手機、汽車、機器人等科技領域投入使用。
財哥將以往設計的一些應用案例公開分享給大家，方便大家一起學習和參考。希望大家能夠在自己的領域獲得一定的啟發和收獲。
仿生機器人
一、手的案例
1、結構設計
驅動介紹：
可以實現任意手指的萬向運動，完全模仿人手的靈活性，接觸力柔和可控，碰撞時可形變卸力，無剛性沖擊。
驅動原理：以鈦絲相變實現 “收縮 - 恢復”，連續柔順，可模擬肌肉蠕動 / 彎曲帶動手關節彎曲和伸展。
2、實物形態
覆膜一副硅膠仿真手套，就可以實現功能、外觀的仿生效果了。
3、驅動電路設計和控制
驅動原理：每個手指配置4線鈦絲驅動即可完全模仿人手的靈活性，共計20線，可以采用4*5或2*10路的矩陣掃描驅動方案，具體設計原理可以翻看財哥前面的驅動電路設計文章。
4、技術特點
材料本征驅動
通電加熱引發馬氏體→奧氏體相變，實現3%–5% 可控應變的直接收縮，無需中間傳動，從原理上簡化動力鏈。
無磨損驅動與超彈性
可承受百萬次循環無損傷，超彈特性在碰撞時可形變卸力，無剛性沖擊。
驅動與感知一體化
電阻隨相變過程實時變化，可直接作為內置位置 / 力傳感器，減少外部傳感配置，降低系統復雜度。
多單元協同易擴展
鈦絲可陣列化、串并聯組合，實現 “分布式肌肉驅動”，精準復現生物肢體的多自由度協同運動。
（本案例來源：深圳市鈦絲科技有限公司，如有侵權請聯系財哥刪除）
作者 財哥說鈦絲
展開 這手太逼真了，按摩機器人上崗，你想體驗一把嗎？
來源：工業機器人
看到下面這個畫面，你是不是哇的一聲叫了出來，是的，這就是協作機器人執行按摩服務。
就像撓癢癢，哪兒疼可以撓哪兒，自己是最清楚的，只要按動按鈕就可以執行了，機器人就像是你撓癢癢的工具而已，這么一說，瞬間感覺機器人比按摩師還好使。
當然，能否達到上面小編所描述的情況，小編自己也不知道，
但是按摩是精確度和壓力施加之間的微妙相互作用，是使用機器人實現的理想選擇，
尤其是因為它可以響應用戶的個人敏感性。局部區域多按一會，加點力度，完全是可以實現的，說的我都想體驗一把了
這個有意思的協作按摩機器人就是集成KUKA LBR Med的iYU按摩機器人，它可以安全、靈活地實施各種按摩程序。
LBR Med在運動和施加壓力時都運行得非常精確，并且可以非常準確地執行程序，同時十分容易操作，是一款十分出色的“按摩師”。
iYU有兩種版本：一種用于水療中心，酒店和公司；另一種用于運動，健身和培訓中心。將來，類似的按摩機器人會越來越成熟，放松嘛，不一定非要局限于真人，解放按摩師的雙手指日可待。
展開 再也不怕打飯阿姨手抖 日本開發分裝便當機器人
10月25日消息，從事機器人開發業務的日本RT公司日前開發出了即使不處于特殊作業環境，也能將炸雞塊等食物裝入飯盒的人型機器人。借助頭部的攝像頭和傳感器，機器人能以三維模式識別食物的形狀等，然后夾起食物并移動。RT公司預定自11月起在盒飯工廠啟動驗證試驗，力爭2020年開始銷售。
機器人的身高可配合工作臺的高度在130~150厘米范圍內調整，肩寬為39厘米，可利用頭部搭載的攝像頭和位置傳感器識別食物的形狀和位置，用像夾子一樣的手指夾起食物。
截至目前，已確認機器人能抓住炸雞塊和圣女果。能以7秒鐘1個的速度抓取食物，裝入在生產線上流動的飯盒。抓取的準確度能達到9成左右。
研究人員利用深度學習技術，讓機器人學習了數百張炸雞塊的圖像。即使容器內的炸雞塊堆積如山，也能區分交界處，1個1個加以識別。
這款機器人帶有腳輪，能輕松移動。可以在2次裝盒飯的間隙移動位置，能以簡單的設定應對其他食材。
機器人的大小猶如小個子的女性，只要具備人能作業的空間即可設置，無需進行特殊準備，例如設置圍擋等。
展開 有“手”有“腳”的DNA納米機器人 能在血液中搬運分子級藥物
編者按：微型機器人是機器人研究的重要領域，對于醫療技術尤其重要。最近，科學家研發出了一款只有DNA單鏈大小的納米機器人。別看這個機器人這么小，可謂“麻雀雖小，五臟俱全”。原文作者為 Timothy Revell，文章發表于《New Scientist》雜志網站。
相信我，近期你是肯定不會見到比這更小的機器人了。這款機器人僅包含一條 DNA 單鏈，以 6 納米每步的步幅來移動，這一步幅大約是人類步幅的十億分之一。這款 DNA 機器人可以拾取并運送微型貨物，它的研發團隊是加利福尼亞理工學院助理教授 Lulu Qian 實驗室，他們希望在未來能夠利用它的這一功能將藥物運送到個體患病細胞，或者是幫助組裝一些制造難度很高的化合物。美國《科學》雜志對此評價道：“這是 DNA 機器人邁出的一小步，卻是人類邁出的一大步。”
位于帕薩迪納的加利福尼亞理工學院助理教授 Lulu Qian 表示，就像各類機器人會被派往距我們太過遙遠、人類無法到達的地方或者行星一樣，這種分子機器人也可以“被派送到對于人類來說太微小而無法進入的地方，例如血液之中。”Qian 繼續解釋道，雖然已經有很多微小的機器人存在，并且有些甚至也被用于血液之中，但它們都是必須要大于一條 DNA 鏈才能發揮作用，“這是邁向研發出具有通用意義的 DNA 機器人的第一步。”
這款機器人由一條“腿”、兩只“腳”和兩只手臂組成，主要用于運載貨物。為了對它進行測試，Qian 帶領研發團隊設計出了一個長寬均為 58 納米的平坦場地，場地中間有上百個 DNA“墊腳石”，用于機器人在其間跳行。機器人在移動時，首先一只腳站穩，然后抬起另一只腳，隨意地從一個墊腳石挪動到另一個墊腳石，途中遇到所需運載的貨物時，他就會拿起貨物，繼續前行，直到找到可卸載貨物地點。
展開 機器人讓你買買買，這是人工智能時代剁手族的打開方式
從手機到電視再到智能音箱和機器人，新的硬件和載體也在顛覆傳統的銷售方式和售后服務。AI使得這些過程效率大大提升，營銷方式發生翻天覆地的變化，如今每個人都有可以有一個AI助理，在未來品牌的AI和個人助理結合，或許將會給人提供更加沉浸式的消費體驗。
那個時候不僅僅是“剁手族”那么簡單了。
人工智能無疑會成為了人類的第二大腦。它能自動輸入數據、分析人的語音語調，或者它還會指導我們生活。
這又不禁讓人想起了《her》，有了語言的智能加上炫酷的硬件裝備的銷售人員變成“合成思想家”。他們將會從大量的、經分析組織好的信息中獲取知識，幫助他們得出銷售的解決方案，而非簡單的賣出商品。他們還是會保持與客戶的溝通交流，但并不是思考銷售本身，而是與客戶達成共識進而創造銷售。
AIot軟硬兼施的讓我們花錢啊！
但是，人類的情感品質是人工智能無法替代的。只有那些有趣、體貼的人才能在“人工智能未來”有所收獲，他們會率先成為最優秀的銷售人員，而人工智能的使命是先干掉平庸！
展開 
物流機器人「手太重」？HBK六維力傳感器如何「溫柔拿捏」
電商狂奔的時代，物流中心傳送帶上涌來的包裹千差萬別：從30克的玻璃香水瓶到15公斤的異形燈具，傳統視覺+吸盤機器人還在靠「猜」發力。結果就可能是自動化率卡在60%瓶頸，以及疲憊不堪的返工班組。這是當下很多自動化倉庫的真實困境。機器人看得見，卻「摸不著」——缺乏觸覺的精準操控，再強大的3D視覺也只是在蒙眼摸象。
HBK最新六維力傳感器，正在改寫這一狀況。當機器人手腕裝上傳感「神經末梢」，不僅能實時感知0.1N的力變化，更能像人一樣「指尖微操」。這就是下一代物流自動化的核心密碼——觸控級精度。
挑戰：自動化物流系統倉庫中的物品多樣性
安全處理易碎、柔軟或形狀不規則的包裹與物品
減少因缺乏觸覺反饋而導致的抓取放置誤差
降低倉庫操作人員的負擔與重復性工作
需要讓自動化物流系統具備物理智能與觸控級精度，使機器人在視覺功能基礎上，進一步擁有根據每件物品的物理特性做出響應的能力。
解決方案：HBK定制六維力傳感器
為滿足該應用場景的特定需求，HBK定制傳感器研發團隊近期設計出一款全定制化的六維力傳感器。傳感器的研發過程圍繞多項高要求的約束條件展開，包括抓手內部空間有限、需實現實時力反饋，以及要在復雜倉庫環境中穩定運行。
最終成型的是一款帶集成式數字放大器的超緊湊型傳感器，能夠以多軸精度同步輸出力與扭矩數據（Fx、Fy、Fz、Mx、My、 Mz），且延遲僅為毫秒級。其堅固耐用的設計（防護等級IP65，工作溫度 - 20°C 至 + 100°C）與寬泛的供電范圍（5–30 伏直流），可確保在惡劣環境中實現無縫集成與長期穩定運行。
展開 麻省理工3D打印“折紙”機械手，抓起自身重量120倍的物體
如今，機械手的應用越來越廣泛，無論是在生產線上，還是在創客領域。上圖就是一款我們最常見的機械手，它可以輕松的抓取橡膠棒這樣的物體，然而由于機械手結構的問題，其可以抓取的物體有限。
2019年3月18日，南極熊從外媒獲悉，來自哈佛大學威斯研究所和馬薩諸塞理工學院一組研究人員，開發出一種新型的機器人抓手。
它使用3D打印的折紙結構，可以抓取自身重量100倍的物體。 使用獨特的機器人手設計，他們的機器人能夠拾取各種各樣的物體 - 例如湯罐，錘子，酒杯，無人機，甚至是西蘭花上的一支小花。
不相信嗎？
錐形，空心和真空動力設備的靈感來自“折紙魔術球”，它包括三個部分：3D打印，16片硅橡膠骨架，包裹結構的氣密皮膚，以及連接器。真空動力設備在抽取真空時，機械手向內凹陷，就像一個堡壘把手一樣，從而抓住物體。柔軟的機器人抓手可以適應任何抓取的形狀，而不會影響其強度。
“這種機械手構造方法的一個關鍵特征是它的簡單性，”哈佛大學工程學院和Wyss生物啟發工程研究所的共同作者兼教授羅伯特伍德說。 “所使用的材料和制造策略使我們能夠根據需要快速制作新的夾具原型，根據物體或環境進行定制。”
該團隊將機械手安裝在標準機器人上，以測試其在不同物體上的強度。夾具可以抓住其直徑70%的物體，重量可以達到其自身的120倍，而不會損壞它們。它還可以撿起重達4磅的瓶子。
根據麻省理工學院CSAIL和哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院（SEAS）的聯合博士后學生Shuguang Li的說法，機器人目前最適合用于瓶子或罐子等圓柱形物體。
“像亞馬遜和京東這樣的公司希望能夠抓取更多更精致或不規則形狀的物體，但不能使用手指式和吸盤式機械手，”李說。 “吸盤無法拾取任何帶孔的東西 - 而且它們需要的東西比柔軟的手指夾持器強得多。”
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