问题:制造、仓储、服务与野外作业中,机器人常要完成“远距离取物”“狭窄空间拾取”“多物体连续搬运”等任务。但传统机械臂受限于末端执行器的抓取范围和单向夹持方式,往往需要反复调整姿态或更换工装,节拍变慢、能耗上升,在复杂环境下还可能出现抓取失败或碰撞风险。尤其在空间受限、目标分散或物体形态差异较大的场景中,末端执行器“够不着、进不去、抓不稳”的问题更为明显。 原因:目前不少机械手的设计思路偏向模拟人手的灵巧性,但人手的非对称结构更适合从单侧接触完成抓握,抓取范围也受手掌与手指展开尺度限制。当机械臂活动空间受限时,即便机械手具备一定柔顺性,也很难用单一姿态覆盖更多目标;面对多目标作业,还常需要多次往返或依赖额外供料、定位装置,系统复杂度和成本随之增加。也就是说,只追求“像人手”并不足以同时满足工程现场对效率、覆盖范围与稳定性的要求。 影响:论文介绍的研究提出了一种新的末端执行器形态。研究团队研发了五指和六指两种版本机械手,其中六指版本手掌直径约16厘米。两种版本均采用对称结构,可实现双面抓握,并具备从机械臂基座脱离后“爬行”接近目标的能力。该设计将“接近”和“抓取”解耦:当机械臂难以直接到达目标位置时,机械手可先脱离机械臂,通过自身运动缩短与目标的距离,再完成抓取并返回重新连接。演示结果显示,该机械手可连续抓取最多3个物体,并在保持安全握持的同时完成复位连接;可抓取卷筒芯、橡胶球、白板笔、罐头等多类日常物体,并能模仿33种人类抓握形式,单次承载重量约2千克。业内人士认为,这种“可分离、可移动、可复位”的末端方案,有望提升机器人在多物体拣选、柔性装配、现场巡检取样等任务中的覆盖能力与作业连贯性。 对策:从落地应用看,该成果提示机器人末端设计可从“单点抓取工具”向“具备局部机动能力的模块”转变。面向工业产线,可结合柔性化改造需求,探索其与视觉识别、力控和路径规划的协同,使机械手在不大幅调整产线布局的情况下完成跨工位或跨障碍取放;面向服务场景,可针对家庭与公共空间中物品摆放随机、空间狭窄等特点,强化安全策略与人机共存条件下的碰撞防护;面向勘探与应急作业,则需继续考虑粉尘、潮湿、温差等环境适应性,并通过模块化快换、冗余驱动与自检机制提升可靠性。同时,针对多目标连续作业,系统还应完善任务调度与故障处置流程,尽量降低脱离与复位过程带来的时间损耗与风险。 前景:随着智能制造与服务机器人需求增长,能够突破机械臂“触达边界”的末端技术,将成为提升系统效能的重要方向。可拆卸机械手通过对称双面抓握与爬行接近能力,为多目标处理提供了新的工程路径,有望在仓储拣选、精密装配、巡检维护、野外采样等领域拓展应用。此外,该技术仍需在耐久性、能耗控制、复杂地面移动能力以及标准化接口各上进一步验证与完善。可以预期,随着材料、驱动与控制算法的进步,末端执行器将更强调“通用能力”和“场景适配”的平衡,推动机器人从固定工位走向更灵活、更自主的现场作业。
从单一指令执行到多任务自主协同,机械手技术的迭代折射出智能制造的深层变化;当机器人逐步突破自身形态限制,人们对“灵巧”的定义也可能随之更新——这不仅体现在性能指标的提升,也意味着人机协作方式的更演进。面向未来,如何在推动技术创新的同时建立清晰的安全与伦理边界,将成为学界与产业界需要共同回答的问题。