大数据文摘授权转载自机器人大讲堂

转笔，使用筷子，盘核桃等这种“在一只手内移动物体的动作”，我们称之为“手内操作（In-handmanipulation）”。在传统机械手上，手内操作通常需要精确的运动规划和控制方可实现。

相较而言，软体手能够同未知的物体更好的交互，因此无需过多依赖精准的传感或复杂的控制，软体抓手就可以实现一定的手内操作。来自哈佛大学微型机器人实验室（MicroroboticsLab），RJWood教授团队的研究者们研发了一款软体抓手，并用较少的控制和传感信息实现了较为稳健的手内操作，例如拧下瓶盖，摆放点心等。该研究发表于著名机器人期刊《IEEERoboticsandAutomationLetters》。

另外，近日该团队还放出了开源的软体机器人仿真软件SoMo，模拟软体机器人和环境物体交互的场景。

图2.软体手“盘”西兰花

软体抓手更容易实现手内操作

我们或许拥有世界上最灵巧的“机构”，我们的双手。通过简单的训练，我们可以做出使用筷子，转笔等一系列复杂的动作。通过专业的训练，魔术师甚至可以掌握让人眼花缭乱的卡牌技巧。

图3.人手的灵活程度无与伦比

科学家们希望能用机械手来复现人手的功能，从而让机器人能代替人进行复杂的操作，或是能作为假肢帮助肢体缺陷的人。生活中的物体种类多样，千变万化，为了实现机械手的手内操作，刚性的机械手需要尽可能多的感知信息和精妙的控制方可实现。

图4.仿生机械手ShadowHands单手玩魔方

软体抓手能够很好的适应不同的物体和未知的环境，抓取形状和大小各异的物体。来自于哈佛大学微型机器人团队的研究者们设计了一款四指软体抓手，并复现了一些日常生活中常见的手内操作动作，如拧下瓶盖，摆放食品位置和抓取过程中提供重力补偿等。该研究发表于著名机器人期刊《IEEE机器人和自动化快报（IEEERoboticsandAutomationLetters）》。

我们先来看几个软体抓手的手内操作展示，感兴趣的读者可以在文末找到完整的视频和论文信息。值得注意的是，研究者称，在这些展示中，物体具体的姿态，尺寸或者重量属性都没有明确的给出。

拧瓶盖是日常生活中常见的动作之一，通过简单的运动规划，软体抓手可以拧下瓶盖，并来回晃动。

图5.软体手拧瓶盖

除了较硬的瓶盖，软体抓手可轻柔地抓取操作一些脆弱的物体，例如水果，蔬菜，或者是蛋糕点心。研究者们展示了软体手可以旋转并调整蛋糕的姿态，然后将它放入蛋糕盒内，方便取用。

图6.调整蛋糕方向

无需过多的感知和控制，软体抓手可以对西兰花这种形状及其不规则的物体进行平移和旋转的手内操作。

图7.软体手对西兰花进行操作

研究者还展示了软体抓手带有重力补偿的手内操作。由于软手指的刚度较低，导致在水平旋转比较重的物体时会出现偏移。根据手的朝向和物体的重量，可以计算出一个简单的气压偏移值补偿到软体手指内，从而使软体抓手成功完成水平方向的旋转动作。

图8.带重力补偿的手内旋转操作

下图对比很明显，在无重力补偿的旋转时，物体很容易就会掉出，而带重力补偿的则不会。

图9.有无重力补偿对比

值得一提，针对类似“手内操作“的应用场景，哈佛大学的研究者基于python3.6开发了软体机器人仿真软件SoMo，下载链接为：github.

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