能屈能伸的“钢铁手指”！沈自所研制自感知刚柔耦合抓手系统，抓取力提升311%

记者2月4日获悉，中国科学院沈阳自动化研究所机器人学研究室科研团队近日在刚柔软共融机器人设计与控制研究方面取得新进展，提出了一种基于自感知Kresling折纸驱动器的刚柔耦合抓手系统，为多功能、高集成度作业机器人系统设计提供了新思路。

现实生活中，当你用纸折叠成一个纸灯笼或弹簧，就会发现，它很轻、能折叠伸展，同时结构又很稳固。这种折纸结构就是刚柔耦合抓手系统的主体，它同时具备了柔软可变性和刚性支撑力。

科研人员介绍，刚柔耦合抓手系统利用折纸结构的独特几何特性，通过单一电机驱动即可同时实现流体驱动和机械驱动，大幅降低了系统的复杂度。此前的机器人实现抓取动作可能需要电机、气缸、绳索等一大堆驱动装置。在新系统中，科学家只用一个电机就能通过驱动这个“折纸结构”，同时产生“推拉”（流体驱动）和“扭转”（机械驱动）两种动作，大大简化了系统。

科研团队在折纸模块内部嵌入了磁传感系统，建立了解耦感知模型，实现了对驱动器高度和旋转角度的实时高精度本体感知。此外，通过集成的电磁锁紧机构，刚柔耦合抓手可在“柔顺抓取模式”和“大负载混合模式”之间毫秒级切换。就像给手指关节装上了微型的“角度计”和“长度尺”。如此，抓手在抓东西时，能实时、精确地感知到自己伸了多长、转了多大角度。有了这种“本体感知”，刚柔耦合抓手系统就能更智能、更稳当地调整自己的动作。

科研团队搭建了实验平台，对刚柔软耦合机器人的抓取性能和抗扰动能力进行了系统评估。实验结果表明，相比于单一柔性模式，开启刚性外骨骼的混合模式将指尖输出力提升了311%，实现了对重物和大负载物体的稳定抓取。同时，基于内嵌感知的闭环控制，可有效提升系统在非结构化环境下的适应能力。

这项研究成果旨在利用刚柔模态切换优势解决刚柔性物体的无损操作难题，已在机电一体化领域国际期刊《IEEE/ASME机电一体化汇刊》上发表，相关技术有望在极地科考等场景下获得应用。

沈报全媒体记者 岳雨

编辑：崔扶尧

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