机器人夹持器已经成为许多行业必不可少的一部分，包括制造、包装和物流等，主要用于拾取和放置任务。最近，对机器人夹持器的需求也扩展到了农业领域，用于收获和包装任务。然而，传统机器人夹持器难以适应不同农作物的独特形状、性能和微妙特性。因此，人们对具有更多功能的机器人的需求不断增加，以适应各种形状、大小和质地的物体。

（图片来源：International Journal of Robotics Research）

用软材料制成的机器人夹持器成为解决上述问题的潜在方案。然而，当前方法通过数据基模型来生成复杂的控制和规划方式，以使这些夹持器适应复杂的几何形状。这些模型需要大量数据，因此普遍适用性有限。此外，将感觉系统集成至它们柔软的身体内需要复杂的设计和精确的制造方法。

据外媒报道，日本先进科学技术研究所（JAIST）的研究团队为此开发出创新软机器人夹持器，并将其命名为ROtation-based Squeezing grippEr（ROSE）。

研究负责人Van Anh Ho副教授表示：“ROSE是从玫瑰盛开的状态中获得灵感，以产生抓取动作。它利用独特的‘起皱（wrinkling）’现象来轻轻地抓住物体，为真正的农场收获提供了更为简单的方法。与传统夹持器不同，ROSE不需要通过复杂的控制和规划策略来适应各种形状、大小和质地的农产品。”该团队还利用仿真模型来全面了解和优化ROSE的抓取机制。相关研究发表在期刊《International Journal of Robotics Research》上。

RPSE包括一个单独的杯状腔室，该腔室由两个薄且柔软的弹性体层构成，而且内层和外层之间相互分离。使用外部电机仅旋转内层会使层中发生变形。具体来说，这种内层扭转运动会使外层和内层之间的应变不匹配，从而形成一系列类似褶皱的向内折叠，这一过程名为“起皱”。这种独特的机制可以缩小ROSE的中间部位，使其能够轻轻抓住出现在这个中心空间内的各种物体。

为了完善这一机制，研究人员通过基于有限元方法的仿真模型来研究起皱过程。仿真结果揭示了不同几何特征之间的相关性，包括厚度、直径和高度。值得一提的是，他们发现ROSE皮肤厚度的适当分布（即各层之间的距离）对其抓取性能具有明显影响。因此，研究人员测试了两种不同的厚度分布策略，即线性和非线性分布。与恒定厚度相比，这明显提高了ROSE的抓取性能。此外。仿真结果还强调了夹持器直径和高度之间比率的重要性。这些仿真结果通过了各种实验验证，由此证实ROSE可以执行对传统夹持器来说较难的任务。

研究人员展示了ROSE在农业领域的实际应用，包括收获草莓和蘑菇。在多次试验中，无论这些作物是硬的还是软的，ROSE在采摘这些作物方面都取得了很高的成功率。它还成功地拾取一簇蘑菇，而没有破坏其中任何一片蘑菇，前提是蘑菇簇团的大小适合抓取空间。

Ho教授表示：“ROSE是最早使用皱折变形作为夹持方法的夹持器之一，这挑战了皱褶现象是不理想特征的传统观念。此外，ROSE在农业环境中的实际应用或将彻底改变真实农场的收割方式。ROSE能够适应不同的质地和形状，因此在这些任务中非常有效。这不仅可以提高效率，而且有助于解决日益严重的农业劳动力短缺问题，特别是在老龄化地区。”

这项研究标志着机器人夹持器领域取得了重大进展。凭借柔和且适应性强的抓握位置，ROSE或将开启农业自动化新时代。