A Dexterous and Compliant Gripper With Soft Hydraulic Actuation for Microgravity Manipulation
本文介绍了将灵巧且柔顺的软体液压夹爪 DexCoHand 与 Astrobee 自由飞行机器人集成，以实现稳定的微重力操作，在最小化对基座平台干扰的同时，在仿真与硬件实验中均优于现有的欠驱动夹爪。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象国际空间站（ISS）是一座巨大的漂浮办公楼。内部，名为Astrobee的机器人像友好的无人机一样四处飞行，检查设备并拍摄照片。目前，这些机器人配备了一只非常简单的“手”——一个单指爪，其作用类似于停车制动器。它非常适合抓住扶手并保持静止（栖息），但在执行任何复杂操作时却表现糟糕，例如拧螺丝或在松手的情况下移动工具。
太空中的问题在于一切都会漂浮。如果机器人推挤某个物体，该物体会反推，导致整个机器人偏离轨道。这就像在游泳池中漂浮时试图拧开罐子；如果你用力过猛，你会旋转着远离，而不是转动盖子。
新方案："DexCoHand"
本文作者为 Astrobee 机器人构建了一种更智能的新手，名为DexCoHand。你可以将其理解为从简单的衣夹升级为拥有一双柔软、可挤压手指的人手。
以下是其工作原理，借助一些日常类比来说明：
- “可挤压”的液压系统：该夹爪不使用坚硬的金属关节，而是采用软液压驱动。想象一下你捏着一个压力球。当你挤压它时，它会先稍微变形，然后才反弹回去。这种“弹性”至关重要。当机器人接触物体时，柔软的手指会吸收冲击，防止机器人像弹球一样从扶手上弹开。
- “灵巧”的手指：与只能开合的旧式爪子不同，DexCoHand 拥有两根手指，每根手指都有三种不同的运动方式。这就像夹子与人手的区别：人手可以同时捏住、滑动并旋转物体。这使得机器人能够在握住物体的同时对其进行操作，而无需反复放下和拾取。
实验：“倾斜与平移”测试
为了验证这只新手是否更优越，研究人员将其置于一个模拟零重力的计算机仿真环境（名为 MuJoCo 的虚拟世界）中。他们让机器人抓住扶手，然后尝试执行两个特定动作：
- 倾斜：左右倾斜。
- 平移：左右扫动。
结果
- 旧式爪子：当机器人尝试倾斜或平移时，旧式爪子过于僵硬。它就像一根僵硬的棍子。每次机器人试图移动，僵硬的抓握都会导致整个机器人摇晃并向侧面漂移。这就像手持一根僵硬的杆子在走钢丝；你最终会无法控制地摇摆。
- 新的 DexCoHand：新手让机器人保持了稳定。由于手指柔软且能调整抓握力度，机器人可以平稳地倾斜和平移，而不会偏离轨道。它始终停留在预定位置，就像一位手持柔性杆以吸收风力的走钢丝者。
这对太空意味着什么
该论文表明，这只新手使 Astrobee 机器人能够实现“在握操作”。这意味着它可以握住物体并转动它、对齐工具或布设线缆，而无需松手。
作者指出，这是迈向机器人在太空中执行更复杂、更“智能”任务的一大步，例如：
- 精确对齐工具。
- 布设线缆（就像解开耳机线）。
- 处理柔性或可挤压的物体。
简而言之，这篇论文证明，通过赋予飞行机器人一只柔软的多指手，我们可以让它执行太空中的精细工作，而不会破坏自身的平衡。这之间的区别在于：是仅仅能够“抓住”的机器人，还是能够在漂浮中真正“工作”的机器人。
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