中大团队研发刚柔抓手,多模态操作适配多场景应用
由中山大学张锦绣教授、吴嘉宁副教授与华中科技大学吴志刚教授组成的联合团队,近日在机器人抓取技术领域取得关键突破。团队研发的刚柔耦合混合多模态抓手(HMG)通过集成捏合、吸附两种操作模式,结合软硬复合结构设计,显著提升了机器人抓取的适应性与多样性。
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研究团队从生物仿生学中获取灵感,以象鼻的柔性操作与人手指的刚柔耦合特性为原型,开发出具备四种操作模式的抓取装置。其中轻柔捏合模式通过柔性驱动实现,可稳定抓取重量仪0.2克的羽毛或薯片等易碎物品;强力捏合模式则能输出足够力量,精准抓取10公斤重的金属哑铃。纯吸附模式专为大型物体设计,成功完成直径0.55米瑜伽球的搬运任务。混合模式通过抓吸协同,在复杂场景中展现出独特优势——实验显示,该模式可依次完成食材抓取、薄片吸附和锅具倒扣等连续操作。
技术突破体现在多模态协同机制的创新设计。研究人员将刚性结构的负载能力与柔性材料的适应性相结合,使抓手既能承受高强度作业,又能处理精密任务。实验数据显示,该装置在动态加速环境下仍保持93.3%的抓取成功率,水下作业深度可达10米,已具备收集海洋垃圾、抓取海参等实际应用能力。
相较于传统抓取设备,HMG的核心优势在于场景适应能力。在工业装配领域,刚性模式可满足高精度定位需求;在物流搬运中,吸附模式能高效处理大型物件;医疗场景下,柔性模式可避免对脆弱组织的损伤。特别在无人潜航器回收方面,该技术有望实现全自主操作,摆脱对人工干预的依赖,且不受恶劣天气影响。
目前,研究团队已与海洋石油集团、水上巡检部门等单位展开合作,将技术应用于水域漂浮物打捞和沉积物清理项目。在航天领域,卫星维修所需的螺丝拧紧、器件连接等精密操作,以及微流星撞击修复等任务,都成为该技术的潜在应用方向。
针对后续研发,团队制定了双轨推进计划。一方面将HMG集成至两栖无人机,开展跨介质场景的实测验证,重点解决轻量化设计与响应速度优化问题;另一方面持续探索新型抓持结构,开发更具创新性的操作模式。相关研究成果已发表于《IEEE机器人学汇刊》,论文详细阐述了软硬复合结构与多模态协同的设计原理。
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