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国内首度研发机器人仿生手掌 多自由度将更易于抓握

  • 廖家宜
工研院研发机器仿生手掌于台北机器人与智能自动化展会展出。廖家宜摄

国内首度自主研发机器仿生手掌取代过往机器手臂末端的夹爪,以逼近人类真实手掌的多自由度让手臂在夹取时的动作更细腻灵敏。加上其运用碳纤复合材料,重量上更与手机相差无几。机器仿生手掌具有轻巧与多自由度灵活的特性,被视为可在未来造福组装义肢的患者,甚至国内也计画要结合感测贴片侦测肌肉变化,已通知仿生手掌进行动作预测,将使人机之间的互动更加紧密自然。

现行机器手臂的末端主要透过各种夹具进行抓取动作,不过在夹具方面仍有一些限制,例如仅能抓取特定外型或是硬度较高的物件。由工研院首度研发的机器仿生手掌则是有别于夹具的设计,而直接仿造人类真实手掌的结构进行设计,可达到六个自由度,除了原先五指关节外,又增加大拇指基部的活动范围,使其运动关系与人手相应关节的运动相似,可让抓握的动作更细腻。

不过工研院发现由于五指关节的设计可能对于生产在线的工业型机器人造成部分冗余,相较之下似乎更适合以人为本的应用情境。特别是若将其运用在医疗领域,则可以用作智能义肢用途,弥补断掌人员缺手的不便。

工研院研究人员表示,虽然医学上有机械义肢,但部分会把驱动装置设计于腕部下方,造成使用上「卡卡」的,而工研院所研发的机器仿生手掌则是把驱动装置微型化,并在不影响外观的前提下设计于手背的位置,让机器仿生手掌与残肢连结的部分更加舒适自然。

而在机器仿生手掌的结构设计上也是由工研院一手包办。在手指各关节连动的部分,工研院为提升抓取时的力道强度而采用金属连杆,目前根据测试至少可抓取超过三公斤的物体,象是一般手工具如钻孔机就可使用。此外,在材质方面则是采用碳纤复合材质地,重量轻巧,经测试几乎与一般手机相差无几。

若是将来此机器仿生手掌可望造福组装义肢的患者,那么在设计上未来也将更贴近人性的需求。市面上的普通义肢一般通过开关或按钮来操纵,或者是由使用者手动操作,不过工研院则是计画在未来改善这种操作方式,即让机器仿生手掌具备感知能力。

这个原理在许多科幻电影当中其实都出现过,甚至美国约翰霍普金斯大学旗下的实验室也成功研发过一款具有感知能力的机器手臂,成功为一名因被浣熊咬伤手臂,而造成感染被迫截肢的女性患者,让其重新恢复跟正常人一样的触觉。

工研院的计画则是未来也能让截肢部位贴上感测贴片,以侦测截肢部位的肌肉变化,从而让机器仿生手掌感知并接收使用者肌肉传来的讯号,以便进行动作预测,使得人机之间的互动更加顺畅。甚至未来也有望将触觉皮肤导入于指腹或手掌内,将触觉讯号回传给神经,让使用者也感受到仿生手掌的一切触觉。

工研院表示,在智能义肢发展的目标到位之前,目前此机器仿生手掌的初步功能是作为取代夹爪用途,可赋予机器手臂更细腻的动作,能抓取形状不规则与软性物件,搭配行动式装置则可适用于卖场货品巡检、牲畜饲养厂巡检以及各式生产环境站别间运载及上下料等用途。

而此机器仿生手掌也于今年台湾机器人与智能自动化展上首度亮相,现场则是结合行动式手臂机器人系统展示。倘若此机器仿生手掌未来实现于智能义肢应用,不但可造福因事故而行动不便的患者,更可为台湾医疗与机械产业的研发能力上再写下新页。

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