ICRA 2024 发表了"用于多模式抓取的具有混合可变刚度机制的仿生软指 "的研究工作。核心思想是利用记忆合金的形状记忆效应，构建结构简化、功能多样的柔性手指，从而实现更高效的多模式抓取。

与传统的刚性夹爪相比，柔性软体夹爪具有独特的优势。随着近些年的发展，它在结构上逐渐变得更加先进，操作功能也更加丰富。例如，它们包括适应性强、具备多功能柔性夹爪和各种仿生结构。

仿生软体手指设计中，首先，我们巧妙地将记忆合金与水冷结构相结合，模拟人体骨骼和血液循环系统，实现了人体生理结构的仿生设计。其次，我们引入了混合可变刚度机构，以适应不同抓取任务的需要。最后，我们成功设计了多模式抓取系统，极大地丰富了抓取模式的多样性。

软体手爪结构主要由抓手框架和柔性手指两部分组成，结合记忆合金片在不同温度下的形状变化，可以实现多种抓取模式的灵活切换。在手指的结构设计上，我们充分借鉴了人体手指的组织结构。在手指的结构设计上，我们充分借鉴了人类手指的组织结构，引入了模拟人体血液循环的水冷系统，同时使用硅胶材料模拟皮肤，并用记忆合金模拟手指的骨架。

值得一提的是，我们使用了片状记忆合金，这种结构既简化了设计，又能确保足够的夹紧力。不过，记忆合金在多次运动后会产生热量积聚，导致运动间隔时间延长，降低了整体效率。为了解决这个问题，我们模拟人体血液循环，通过水冷系统将热量迅速散发到周围环境中，从而显著提高热交换率。

柔软手指的抓取力是一项重要的性能指标。在这里，我们通过调节温度和气压，将记忆合金和颗粒阻挡两种改变刚度的方法结合起来，从而控制记忆合金片的变形和颗粒之间的摩擦力大小，实现了夹持力的大幅提升，最大夹持力可达 3N。

实验结果表明，加入水冷系统后，整体效率显著提高，运动时间从三百多秒缩短到三十秒左右。此外，我们还使用柔性传感器实时监测和记录手指的弯曲角度。水冷实验数据表明，水冷结构不仅大大缩短了冷却时间，还降低了散热过程的不稳定性。这使得我们的设计在实际应用中更加稳定可靠。

最后，在多模式抓取方面，我们通过电机伺服和 SMA 的协同作用，实现了捏、包络、单指捏、伸缩抓、钩五种抓取模式。这种配置可以满足不同抓取任务的要求，最大承重可达 1 千克。

我们通过各种物体抓取实验验证了该设计的有效性。这种结构为柔性抓手的未来发展提供了一种新思路，相信它将在机器人抓取领域发挥重要作用。

参考文献：

Xiangbo Wang,Tianran Zhang, Bin Fang etal. Bionic Soft Fingers with Hybrid Variable Stiffness Mechanisms for Multimode Grasping, 2024 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), May 13-17, 2024. Yokohama, Japan,pp.1957-1963.(通讯 fangbin1120@bupt.edu.cn)