几十年来，对未来的展望一直以机器人作为家庭助理为特色。但是，尽管在机器人技术领域进行了多年的发展，但除了一些基本任务（如地板吸尘）外，家用机器人的梦想仍未实现。丰田研究所说，它已经朝着这个目标开发了一个软体硅胶夹爪。

丰田研究所（TRI）说，机器人协助不仅可以帮助打扫房屋和办公室，还可以帮助老年人或残障人士或与年龄相关的挑战，使他们能够更加独立，有尊严和快乐地生活。

作为对家用机器人的努力的一部分，TRI致力于改善机器人操作。此类夹持器必须能够在无意间接触时保持稳定的抓握，精确的放置以及安全的相互作用。它们还必须是低成本的，才能成为负担得起且商业上可行的家用机器人的一部分。 TRI表示，其工程师设计了一种具有所有这些功能的操纵器，称为“软体硅胶夹爪”。

软体硅胶夹爪基于过去的发展

软气泡夹爪是TRI操作团队过去的工作的基础。以前，TRI的机器人使用传统的两指抓取器（由外部摄像机引导）来抓取物体，对它们进行分类，甚至将物品正确放置在洗碗机中。抓具依靠这些相机来完成工作。换句话说，他们没有任何触觉。

现在，TRI表示已经找到了一种方法，可以使用软抓手改善机器人的感知和操纵，该抓手既可以更好地被动握住物体，又可以主动感应施加了多少力。柔软的抓手还可以精确地测量横向力，该力可指示物体何时从抓手的抓握中滑出。

抓手的开发团队由Alex Alspach领导，他利用他的软机器人开发背景来构思新的抓手设计，以及Naveen Kuppuswamy，他制定了使用该算法的算法。他们与TRI的触觉团队一起开发了一种技术，该技术利用充气的弹性气泡的坚固和顺应性来抓握内部摄像机的感应。摄像头从抓握内部以新的视角显示发生了什么，包括通常不可见的力。

Alspach和Kuppuswamy在其他研究组织的工作基础上重复了他们的设计。早期的设计使用在末端执行器上带有单个，大的，圆形的，柔软的气泡的机械臂，然后逐渐分成两个臂（也称为“大手指”）来执行灵巧的，触觉驱动的任务，例如盲目分类对象和穿入螺母到一个巨大的螺栓上。

TRI表示，其研究人员现在使用一个带有两个较小手指的单臂，每个手指都使用一个软泡，该软体硅胶结合了顺从抓握的所有优点以及实时，真实世界的触觉。软体硅胶会感觉到形状和力，并识别出它们正在抓握的物体以及物体和手指之间的力。

此外，该团队还用便宜的材料设计了软体硅胶夹爪，从而消除了采用家用机器人的潜在障碍。

未来丰田研究所TRI探索的目标

TRI机器人技术研究团队的长期目标是突破传统的机器人控制器范式，并适应不断变化的环境。

改善反射。该团队表示，它希望在机器人中复制实时课程纠正行为。它正在努力实现分布式机器人感应，在该感应中信息被“本地”处理并做出反应，而不必为每个决策都引用集中式“大脑”。这使机器人能够以更少的前瞻性更快地执行其动作。

“这更像是人类或动物的行为，”阿尔斯帕奇解释说。 “在不到一秒钟的时间内，我们做出反应并抓住掉落在桌子上或滑出我们手中的东西，几乎没有想到。”

扩大柔软度。当前，只有机械手是柔软的。但是，如果更多的表面可以由这种材料制成怎么办？

这可能会给人机交互带来巨大优势，包括与孩子，宠物或可能已经身体有障碍的人在家中工作。

Alspach说：“我们的目标是打造能够与周围世界轻松互动的机器人。” “柔软性使机器人在家庭中的应用更加合理。更进一步，我们可以开始结合轻质材料，空气，更小的电子设备和优化的设计来帮助我们减轻重量。它既柔软又轻巧，并具有感应和反应的能力，有助于安全。”

“这实际上是一个非常棘手的问题，” Kuppuswamy补充道。 “从某种意义上讲，这是非常困难的，因为您正在使用前沿材料……。这不仅是机械加工或焊接等传统方法和材料。”

使这一事实进一步复杂化的是，任何可充气设备都会引入连续动态变形的因素，这会破坏通常的方程式。 “从数学上讲，软是硬的，”库普斯瓦米说。

出版，认可更实用的机器人

有关TRI软体硅胶夹爪r的研究的更多信息，请参见已发表的论文“用于稳健和感知操作的软体硅胶夹爪”。该团队的研究还获得了ICRA 2020年度IEEE国际机器人技术与自动化大会的认可，并因有关软夹持器项目的另一篇出版物获得了2019年机器人技术与自动化杂志最佳论文奖。

TRI欢迎其他研究机器人操纵以通过自己的见解和发现为基础的科学家开展工作。为了激发这种合作并进一步研究软气泡夹持器，他们主办了VisuoTactile 2020，这是在机器人科学与系统（RSS）会议上举行的视觉触觉技术思想领袖研讨会。

该公司表示，软体硅胶夹爪的基础是其操纵研究，旨在使人类辅助机器人更可靠，更坚固。研究人员说，即使没有传感能力，与标准的软爪相比，弹性材料或低刚度也能提供出色的爪。它可以适应各种形状并获得稳定的抓地力。该团队说，这种抓手结合了力量和灵巧性，可以处理需要细腻触感和平稳手部的物体。

通过感应几何形状，相机图像和剪切力，机器人现在可以通过估计物体的姿势并感应表面上的力来感知它们所握持的物体。 TRI表示，由于软体硅胶夹爪内部使用相对便宜的相机，因此它使诸如家用机器人之类的应用程序的操作更加接近实际。