近期，中山大學張錦繡教授、吳嘉寧副教授與華中科技大學吳志剛教授聯(lián)合團隊開發(fā)了一種剛柔耦合的、具有捏吸功能的混合多模式抓手（HMG，Hybrid Multi-mode Gripper）。

張錦繡對 DeepTech 表示，該研究中最大的突破是通過同時融入剛柔耦合結構，以及捏合和吸取兩種操作賦予的多模式操作，來提升其抓取多樣性的能力，極大地拓展了現(xiàn)有通用性抓取的邊界。

圖丨該論文共同作者吳嘉寧與張錦繡（來源：該團隊）

這項研究為機器人夾持器的發(fā)展提供了新思路，特別是在多模態(tài)協(xié)同和抓取多樣性方面，有望加速機器人在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和水下場景中的多樣化應用。

日前，相關論文以《基于夾取-吸附與軟-硬復合模式的多模態(tài)抓持器及其抓取多樣性增強研究》（Enhancing Grasping Diversity with a Pinch-Suction and Soft-Rigid Hybrid Multimodal Gripper）為題發(fā)表在 IEEE Transactions on Robotics[1]。中山大學博士生趙郁文和朱嘉淇是共同第一作者，中山大學張錦繡教授、吳嘉寧副教授以及華中科技大學吳志剛教授擔任共同通訊作者。

圖丨相關論文（來源：IEEE Transactions on Robotics）

在此前的研究中，該團隊制備了一款能飛能游還可以潛水的兩棲無人機。研究人員進一步提出，或許可以在其中加入能夠跨域抓取物品的執(zhí)行機構。從象鼻獲得靈感，他們以開發(fā)一種適應跨域的、不同物體抓取新型產(chǎn)品為目標開啟了這項研究。

象鼻的鼻尖部分既能通過捏合輕柔地抓取脆弱的物體，同時也能利用這種模式操作顆粒狀的物體（DeepTech 此前報道：中山大學團隊提出智能操作策略用于轉運零散顆粒，為機器人操作拓展新思路），拓展了抓手多模式操作的性能。

但如果僅從柔性抓手的角度出發(fā)還遠遠不夠，原因在于柔性抓手本身的負載能力和精度非常有限。因此，研究人員還參考了剛柔耦合的結構——人手指。這種結構既能賦予輕柔接觸的柔順性，又能滿足高負載力和高精度的需求。

圖丨HMG 的通用性抓取能力（來源：IEEE Transactions on Roboti）

HMG 具有四種不同的模式：強力捏合模式、輕柔捏合模式、純吸附模式以及混合操作模式。正是這種多模式操作，使 HMG 能夠應對不同的應用場景。

由于輕柔捏合模式通過柔性驅動得以實現(xiàn)，它最大的優(yōu)勢是適應性強。即使對氣壓的控制沒有那么精細，它也能憑借自身的適應性輕柔地抓取重量僅 0.2g 的羽毛、薯片等脆弱的物體。剛性模式的特點是輸出力大、控制精度高，這種模式適合抓取重載物體以及對精度要求高的裝配場景，如重量達 10kg 的金屬啞鈴。純吸附模式適用于搬運體積大的物體，比如直徑 0.55m 的大型瑜伽球。

混合模式則通過結合抓和吸的功能，能夠提升抓取物體的穩(wěn)定性。以復雜場景的任務煲湯為例，可通過不同操作模式的不同時序組合，來操作各種不同性質(zhì)的物體：首先用輕柔模式抓取食材；然后，切換到吸附模式來吸附生姜、香葉等薄片狀物體；最后，再切換到大力捏合模式，抓起鍋具并將其倒扣。

圖丨多操作模式示意圖（來源：IEEE Transactions on Robotics）

趙郁文表示，HMG 在動態(tài)環(huán)境高速加速的情況下，仍然能夠穩(wěn)定地抓取不規(guī)則形狀的物體，這是傳統(tǒng)機器人抓手難以具備的優(yōu)勢之一。

此外，其在通用性抓取方面表現(xiàn)出平均 93.3% 的準確率，并能夠在水下進行一系列操作，包括收集海洋垃圾、抓海參、打撈沉積物等。據(jù)團隊介紹，HMG 現(xiàn)在基本可以達到水下 10 米左右的深度。

目前，無人潛航器的操作大多是人工完成的：在船上時由人將其放入水中，回收時則用漁網(wǎng)將其撈回。而 HMG 有望實現(xiàn)無人潛航器的自主回收，擺脫對人工的依賴，即不需要把它抓起來或再撈回來，且機器操作不受惡劣天氣等因素的影響。此外，該技術還有望拓展到無人操作的醫(yī)療場景，以及航天航空領域的衛(wèi)星維修工作，比如擰螺絲、航天器連接，甚至修復因微流星撞擊而產(chǎn)生的小孔等。

與此同時，研究團隊也在積極推進工業(yè)化應用，并已與中國海洋石油集團和廣東省廣州市水上巡檢分局等單位合作，將該技術用于珠江水域漂浮物以及沉積在水下物體的打撈等項目。

在未來的研究階段中，該團隊計劃在兩方面繼續(xù)推進：一方面，將 HMG 安裝在兩棲無人機，在跨介質(zhì)的不同場景下進行操作和相關實驗，并致力于提升 HMG 的實用性，例如解決輕量化搭載無人機的設計問題和提升響應速度，以推進技術的工業(yè)化發(fā)展；另一方面，他們還打算繼續(xù)探索更有趣、更有意義的形式，進一步開發(fā)更具創(chuàng)新性的抓手。

參考資料：

1.Yuwen Zhao, Jiaqi Zhu, Jie Zhang, Siyuan Zhang, Maosen Shao, Zhiping Chai, Yimu Liu, Jianing Wu*, Zhigang Wu*, Jinxiu Zhang*，Enhancing Grasping Diversity with a Pinch-Suction and Soft-Rigid Hybrid Multimodal Gripper. IEEE Transactions on Robotics. DOI: 10.1109/TRO.2025.3577014

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