中大團隊開發新型機器人抓手，有望用于水下作業和搭載無人機等

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合團隊開發了一種剛柔耦合的、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展提供了新思路，特別是在多模態協同和抓取多樣性方面，有望加速機器人在日常生活、工業生產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行機構。從象鼻獲得靈感，他們以開發一種適應跨域的、不同物體抓取新型產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，它最大的優勢是適應性強。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 在動態環境高速加速的情況下，仍然能夠穩定地抓取不規則形狀的物體，這是傳統機器人抓手難以具備的優勢之一。

此外，其在通用性抓取方面表現出平均 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。據團隊介紹，HMG 現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，回收時則用漁網將其撈回。而 HMG 有望實現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療場景，以及航天航空領域的衛星維修工作，比如擰螺絲、航天器連接，甚至修復因微流星撞擊而產生的小孔等。

與此同時，研究團隊也在積極推進工業化應用，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推進：一方面，將 HMG 安裝在兩棲無人機，在跨介質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，以推進技術的工業化發展；另一方面，他們還打算繼續探索更有趣、更有意義的形式，進一步開發更具創新性的抓手。

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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