灵活的手

第一代机器人，它的伟大之处，是它具有这样的能耐：成功地模拟人的运动能力。比如，它们会拿取、举起、拆除、翻转一些东西，会自己进行这些运动。特别是在现代工业中，它们学会了喷漆、磨削、焊接、切割、包装、打印商标、对物品分类、拣出废品，有的机器人甚至能修剪、绘画、弹竖式钢琴和雕刻某些图象。

它们当然是在向人类学习啦。人手臂上有 52 对筋肉，腿脚上有 62 对

筋肉，颈部有 15 条筋肉，因此人能够做出各种极其复杂的动作。仅就手臂

而言，人就有 27 个自由度。但模仿人运动的机器人，它们不需要这么多的运动功能。现代的机械手总共有 6～8 个自由度。

每一个工业机器人都由两个主要部分组成：机械手和程控器。机械手完成全部必需的动作，程控器则进行全部必需的控制。前者是机器人的“身躯”和“手”，后者是它的“大脑”。其身躯一般是粗大的基座，或称机架；机器人的手则是多节杠杆机械——机械手。要让手能够作出预先规定的动作，它就要有肌肉——传动机构。肌肉的作用是将大脑发出的信号转换为手的机械动作。机械的手、臂或抓取器的终端是夹具。

大部分工业机器人仅有一只手，但也有的有两三只或更多的手。但其作用几乎相同，重复人或动物的上肢动作或完成其动作。一般说来，机械手是依据三条原则安装设计的。第一条原则——机械模拟人手结构。其关节有：下臂、肘、腕，均是根据轴向或活关节接合原理做成的。机器人的液压或电动筋肉保证这些关节能活动自如，同动物的关节一样；第二条原则是一些专门的杆可做成水平、垂直和角形的各种线性移动动作，这些移动可确保机器人手具有必要的灵活性；第三条原则是将上述两原则结合起来。

设计机器人的手需要解决大量异常复杂的问题。这里并非仅是考虑模仿人手所具有的功能；有时还考虑让机器人去完成人做不来的事儿。比如， 工人用手工加工半成品无法精确到一个微米，但机器人却能顺利地完成这种任务。目前使用的工业机器人具有从几十公斤到三吨以上的起重力，移动自由度 2～6 个以上，定位准确度 0．05～5 毫米，服务区域范围 0．01～ 10 立方米。不过，这些性能取的都是平均值。比如英国制造了将 12 吨重的轴辊安装在磨床上的机器人。

机器人要运动就需要使其“筋肉”运动。机器人的气动“筋肉”是由气压传动筒组和气动发动机构成的，气压传动筒组用来创造直线运动，气压发动机组用来创造旋转运动。它们利用特殊的气动阀来控制、调整移动

速度和使活塞停止做功。这种传动机构相当简单。作用于气压传动筒活塞杆上的力取决于压缩空气的压力，借助于专门阀这个作用力很容易控制。气动肌肉的优点是工作中不出现故障，需要的工作面积小（因为传动机构一般都直接位于机械组合件的结合处），造价低，维修容易。

液压传动机构的运动原理同气动机构相类似。不过是使用液体代替压缩空气罢了。液压传动机构的功率更大，它一般用在最有力量的机器人手臂上（举重力达数吨）。但是，它要求的保养条件高，否则一旦发生液体泄漏，就会污染周围环境。

不久以前，电力驱动的机器人数量不是太多；而近来，用电力筋肉的机器人越来越多了。电动驱动提供了启动、停止、转向的优良动力特性， 提高了定位精确度（小于一毫米），保证了广泛的机动性。电动传动机构装配和调整容易、方便，维修保护简单，没有噪音。它也用于大多数第二代感觉机器人，这是其优点和实现自调控制算法之间的灵活性决定的。

怎样从机器人的“手相”看出它是干什么职业的呢？很简单。瞧，三钩抓钳，那是吊钩大型铸件用的；吸盘，是吸拿玻璃板用的；铲斗，是装散物质用的；钻头、喷漆枪、自动螺帽扳手⋯⋯器械直接固定在手上，而不是固定在现在已经不需的夹具中。

人类的双手无所不能，机器人“双手”的终端装置同样也是形形色色的。最流行的是像鸟嘴或蟹螫虫一样的“二趾爪”，它可以完成抓取和移送大多数零件。如果要求更牢固地抓住零件，尤其是圆形零件，就要使用三趾爪；如果零件又粗又长，那就改用多爪抓钩——用几个二趾爪或三趾爪从许多地方同时抓住长管子；输送液体使用斗勺，抓取散体物使用三爪小斗勺；如果零件是很大的平板形的，那就使用类似章鱼身上的吸盘；如果抓取钢件或白铁件，还可以用磁性抓具。如果要抓管型的或空心圆柱体件，则可以用张合的抓爪、特殊的梨状充气器、穿进管子去的小棒子。

除了灵巧之外，机器人的“手”大小也不同：有用以抓取好几吨重的轴辊的大爪子，也有用来同微电子产品和钟表齿轮打交道用的小镊子。有些像胡须一样细的手指需要用显微镜来看，才知道它如何同小小的零件打交道。

总之，机器人的“手”可能模仿一切动物的手、爪，甚至为了美观， 有时可能“发育”得更加优雅。但就目前而言，还是仅以实用为主要目的。