瑞士科研团队突破机器人抓取技术瓶颈 新型机械手实现多目标协同作业

长期以来,机器人末端执行器的“灵巧性”与“覆盖范围”往往难以兼得。

传统机械手多借鉴人类手部形态,擅长精细操作,却常受制于抓取半径有限、单向抓取为主以及对狭小空间适应不足等问题。

在需要同时处理多个目标、跨越障碍取物、或在复杂环境中快速切换作业位置的场景中,这类限制会直接影响作业效率与任务成功率。

问题在于,现实任务并不总是“物体在手边”。

在产线分拣、仓储搬运、设备检修乃至野外勘探中,物体可能处于机械臂够不到的角落、被结构件遮挡,或分散在多个位置。

若仅靠机械臂整体移动来覆盖范围,往往意味着更高的能耗、更复杂的规划与更大的碰撞风险。

如何在不显著增加系统体积和复杂度的情况下,让末端执行器具备“主动接近目标”的能力,成为机器人走向更广泛应用必须跨越的门槛。

针对这一痛点,研究团队提出将机械手从“固定末端”转变为“可脱离的移动单元”。

论文介绍,他们研发了两种版本的机械手:五指设计与六指设计(手掌直径约16厘米),均采用对称结构,能够实现双面抓握。

更重要的是,该机械手可从机械臂基座脱离,具备爬行移动能力,完成拾取后再与机械臂重新连接,从而把“到不了的距离”转化为“能自己过去”的路径。

从原因分析看,这一设计思路的核心在于重新分配机器人的功能边界:机械臂负责大范围定位与承载,机械手则在局部空间内完成移动、抓取与多目标处理。

对称结构带来双面抓握优势,可在不同接触面与姿态下保持稳定夹持;可拆卸与再连接机制则使其既能独立行动,又能回到机械臂体系中继续执行后续任务,实现“分离—作业—回归”的闭环流程。

研究人员演示显示,该机械手可连续抓取最多3个物体,并在安全抓握的同时重新连接机械臂;同时可安全抓握多种日常物体,如卷筒芯、橡胶球、白板笔、罐头等,并可模仿33种人类抓握形式,抓取重量最高可达2千克。

这一成果的影响体现在三个层面。

其一,作业半径与可达性提升。

末端执行器能够在局部环境中移动,减少对机械臂大幅度摆动或平台整体位移的依赖,有望降低狭窄空间作业的碰撞与干涉风险。

其二,多目标处理能力增强。

连续抓取多个物体并回归连接的流程,为分拣、补给、装配等任务提供了更紧凑的操作链条,有助于提升节拍与稳定性。

其三,应用边界扩展。

工业场景可用于柔性生产与非结构化物体抓取;服务场景可用于复杂家庭或公共空间取放物品;勘探与检修场景则可能在狭窄管廊、设备背面、碎石障碍区等区域发挥作用。

面向落地应用,对策与关键环节同样清晰。

一是可靠性与安全性需进一步验证,尤其是分离与重新连接的耐久性、误差容忍以及在震动、粉尘、湿度等条件下的稳定表现。

二是需要更完善的感知与控制协同能力,确保机械手爬行路径规划、抓取姿态调整与机械臂对接过程在动态环境中可控可复现。

三是应用场景应从实验演示走向标准化任务集,围绕抓取成功率、单位时间处理量、能耗、维护成本等指标建立评估体系,为产业化提供可量化依据。

四是与现有机器人系统的兼容性也值得关注,包括机械接口标准、通信协议与安全冗余设计,以便更快融入产业生态。

从前景判断看,可拆卸、可移动的末端执行器有望成为机器人“从结构化走向半结构化、从单目标走向多目标、从固定工位走向复杂环境”的关键方向之一。

随着材料、驱动与控制技术进步,未来同类机械手可能在轻量化、续航能力、复杂地形适应与更高负载能力上继续提升,并与视觉、触觉等多模态传感融合,推动机器人在精细操作与环境适应之间取得更平衡的能力组合。

可拆卸机械手的研发成功体现了国际科学团队在机器人技术领域的不懈探索。

通过突破传统设计的局限,实现对称双面抓握、独立移动和多目标作业等创新功能,这款机械手为未来智能制造和机器人应用开辟了新的可能性。

随着该技术的进一步优化和应用推广,有望在更广泛的领域发挥重要作用,推动机器人产业向更高层次发展。