report
活動+

國內首度研發機器人仿生手掌 多自由度將更易於抓握

  • 廖家宜
工研院研發機器仿生手掌於台北機器人與智慧自動化展會展出。廖家宜

國內首度自主研發機器仿生手掌取代過往機器手臂末端的夾爪,以逼近人類真實手掌的多自由度讓手臂在夾取時的動作更細膩靈敏。加上其運用碳纖複合材料,重量上更與手機相差無幾。機器仿生手掌具有輕巧與多自由度靈活的特性,被視為可在未來造福組裝義肢的患者,甚至國內也計畫要結合感測貼片偵測肌肉變化,已通知仿生手掌進行動作預測,將使人機之間的互動更加緊密自然。

現行機器手臂的末端主要透過各種夾具進行抓取動作,不過在夾具方面仍有一些限制,例如僅能抓取特定外型或是硬度較高的物件。由工研院首度研發的機器仿生手掌則是有別於夾具的設計,而直接仿造人類真實手掌的結構進行設計,可達到六個自由度,除了原先五指關節外,又增加大拇指基部的活動範圍,使其運動關係與人手相應關節的運動相似,可讓抓握的動作更細膩。

不過工研院發現由於五指關節的設計可能對於生產線上的工業型機器人造成部分冗餘,相較之下似乎更適合以人為本的應用情境。特別是若將其運用在醫療領域,則可以用作智慧義肢用途,彌補斷掌人員缺手的不便。

工研院研究人員表示,雖然醫學上有機械義肢,但部分會把驅動裝置設計於腕部下方,造成使用上「卡卡」的,而工研院所研發的機器仿生手掌則是把驅動裝置微型化,並在不影響外觀的前提下設計於手背的位置,讓機器仿生手掌與殘肢連結的部分更加舒適自然。

而在機器仿生手掌的結構設計上也是由工研院一手包辦。在手指各關節連動的部分,工研院為提升抓取時的力道強度而採用金屬連桿,目前根據測試至少可抓取超過三公斤的物體,像是一般手工具如鑽孔機就可使用。此外,在材質方面則是採用碳纖複合材質地,重量輕巧,經測試幾乎與一般手機相差無幾。

若是將來此機器仿生手掌可望造福組裝義肢的患者,那麼在設計上未來也將更貼近人性的需求。市面上的普通義肢一般通過開關或按鈕來操縱,或者是由使用者手動操作,不過工研院則是計畫在未來改善這種操作方式,即讓機器仿生手掌具備感知能力。

這個原理在許多科幻電影當中其實都出現過,甚至美國約翰霍普金斯大學旗下的實驗室也成功研發過一款具有感知能力的機器手臂,成功為一名因被浣熊咬傷手臂,而造成感染被迫截肢的女性患者,讓其重新恢復跟正常人一樣的觸覺。

工研院的計畫則是未來也能讓截肢部位貼上感測貼片,以偵測截肢部位的肌肉變化,從而讓機器仿生手掌感知並接收使用者肌肉傳來的訊號,以便進行動作預測,使得人機之間的互動更加順暢。甚至未來也有望將觸覺皮膚導入於指腹或手掌內,將觸覺訊號回傳給神經,讓使用者也感受到仿生手掌的一切觸覺。

工研院表示,在智慧義肢發展的目標到位之前,目前此機器仿生手掌的初步功能是作為取代夾爪用途,可賦予機器手臂更細膩的動作,能抓取形狀不規則與軟性物件,搭配行動式裝置則可適用於賣場貨品巡檢、牲畜飼養廠巡檢以及各式生產環境站別間運載及上下料等用途。

而此機器仿生手掌也於今年台灣機器人與智慧自動化展上首度亮相,現場則是結合行動式手臂機器人系統展示。倘若此機器仿生手掌未來實現於智慧義肢應用,不但可造福因事故而行動不便的患者,更可為台灣醫療與機械產業的研發能力上再寫下新頁。

更多關鍵字報導: 工研院 機器手臂 感測器