機器手抓模仿人手同時移動多個物體

首爾國立大學研究團隊開發出能夠同時搬運多個物體的機械手

首爾國立大學 (Seoul National University) 的研究團隊提出了一種能夠同時搬運多個物體的機械手，這樣可以提高物品搬運的效率。這個機械手不僅可以一次性搬運多個物體，還能將每個物體放到指定的位置。這項研究分析了人類的動作原理，並成功將其應用於機械手上，研究結果發表在《科學機器人學》(Science Robotics) 期刊上。

靈感來自人類的多物體抓取策略

這項研究的靈感來自於人類的抓取策略，稱為「多物體抓取」，這種方法可以一次搬運多個物體。研究團隊表示，這項研究始於2019年，當時他們觀察到工廠工人不再一個個搬運物品，而是同時搬運多個物品，以提高搬運效率。

教授趙奎鎮 (Kyu-Jin Cho) 解釋說：「與人類不同，傳統的機械手設計主要集中在一次搬運一個物體。雖然已經開發出多物體抓取的機械手，但它們通常由多個小機械手組成，這限制了它們在不規則環境中的使用。」

因此，研究團隊分析了適用於不規則環境的人類多物體抓取策略，並開發出一種模仿這種能力的機械手。這個機械手可以依次抓取物體，儲存它們，同時搬運多個物品，並將它們個別放置到指定位置。

如何搬運多個物體

在不規則環境中，人類用手指抓取單個物體，然後將其移到手掌中儲存。這個動作稱為「手指到手掌的轉移」。手指到手掌的轉移讓手指可以抓取新的目標，並可以重複進行，從而同時在手掌中儲存多個物體。

在搬運多個儲存的物體後，人類使用「手掌到手指的轉移」一個個取出儲存的物體，並將它們放到指定位置。這些手中的轉移動作對於在不規則環境中的多物體抓取至關重要。

受到人類策略的啟發，研究團隊引入了一種具有手中轉移能力的機械手。這個機械手的手指可以移動物體，並有一個能同時儲存多個物品的傳送手掌。手指由兩個馬達驅動，抓取物體並將其轉移到手掌中。

手指中的解耦連接使抓取和轉移動作在運動學上分開，簡化了控制。傳送手掌設計為一對帶有彈性毛髮的帶子，這些帶子由一個馬達驅動。當帶子旋轉時，物體會被插入毛髮之間，實現同時儲存和搬運多個物體。

效率提升的實驗結果

研究團隊展示了開發的機械手 (MOGrip) 可以應用於各種不規則的搬運過程。在實驗室的物流環境中，他們展示了只需兩次往返動作就能將架子上的八個物體搬運過去。與單物體抓取相比，這樣的搬運過程時間減少了34%，機械手臂的移動距離減少了71%。

此外，在家庭環境中，這個機械手成功地將桌子上的所有物品儲存起來，並將它們個別放置到指定位置。MOGrip 預計不僅能應用於物流和家庭環境，還能用於其他不規則的任務，如箱子挑選過程。

趙教授表示：「自然的原則為高效的機器人運動和驅動策略提供了靈感。手指到手掌的轉移和手掌到手指的轉移是多物體抓取策略的關鍵組成部分，開發的機械手是將這一原則應用於機器人的第一個例子。它預計能在各種不規則環境中實現高效的搬運操作，如物流和家庭環境。」

他強調這項研究的重要性，補充道：「機器人學家的角色不是簡單地模仿自然動作，而是識別核心原則並將其適應於機器人應用。」