三所高校共同開發(fā)3D打印欠驅動折紙結構機械手

供稿人:張道康、田小永 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近日，一項3D打印欠驅動折紙結構機械手[1]是由西儲大學、約翰霍普金斯大學以及德克薩斯州農工大學的研究者共同完成。他們稱這種新型的欠驅動機械手為Twishter Hand(扭轉之手)，該機械手是由三個3D打印的手指組成的，手指機制的靈感來源于折紙扭轉塔結構，該機械手僅通過單個伺服電機驅動，就可以同時控制三個手指的張開和閉合運動。為了保持折紙設計獨特的結構可重構性，表面必須保持剛性，而折痕（發(fā)生彎曲的地方）必須具有柔韌性才能進行運動�？梢赃x擇使用柔性和剛性材料的3D打印被認為是制造這種復雜結構的唯一合適方法。

圖1 欠驅動折紙機械手，手指張開（左）和閉合（右）

這種設計的機械手具有以下幾個特點：具有連續(xù)變化的特點，彎曲，扭曲和線性運動可通過結重構結構來實現(xiàn)；具有柔順性，結構具有足夠的自由度能在受外力作用下變形，并且可以通過改變材料調整結構的柔性；具有可重構性，具有不同的控制模式并且可以適用于不同類型的機器人；以及可擴展性，可以通過改變尺寸和層數(shù)來實現(xiàn)結構大小的選擇。在實物演示中該機械手也實現(xiàn)了多種類型物品的抓取功能，如圖2所示。

圖2 多種類型物體抓取示意圖

欠驅動機器人具有巨大的潛力，可以解決傳統(tǒng)剛性機器人未滿足的需求，例如與環(huán)境（或人類）的頻繁交互以及對易碎或不規(guī)則物體的操縱。但是欠驅動機器人存在缺少設計準則的問題，現(xiàn)有的大多數(shù)機器人都有自己獨特的設計，不適用于其他類型的機器人或尺寸不同的機器人。該方法的設計原理簡單，并借用3D打印技術能夠很好地制造出有柔性材料和剛性材料構成的欠驅動柔性機械手。

參考文獻：
Lee, K., Wang, Y. and Zheng, C., 2020. TWISTERHand: Underactuated Robotic Gripper Inspired by Origami Twisted Tower. IEEETransactions on Robotics. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8949550