Human manipulation skills represent a pinnacle of their voluntary motor functions, requiring the coordination of many degrees of freedom and processing of high-dimensional sensor input to achieve such a high level of dexterity. Thus, we attempt to answer whether the human hand, with its associated biomechanical properties, sensors, and control mechanisms, is an ideal that we should strive for in robotics-do we really need anthropomorphic robotic hands? This survey can help practitioners to make the trade-off between hand complexity and potential manipulation skills. We provide an overview of the human hand, a comparison of commercially available robotic and prosthetic hands, and a systematic review of hand mechanisms and skills that they are capable of. This leads to follow-up questions. What is the minimum requirement for mechanisms and sensors to implement most skills that a robot needs? What is missing to reach human-level dexterity? Can we improve upon human dexterity? Although complex five-fingered hands are often used as the ultimate goal for robotic manipulators, they are not necessary for all tasks. We found that wrist flexibility and finger abduction/adduction are often more important for manipulation capabilities. Increasing the number of fingers, actuators, or degrees of freedom is not always necessary. Three fingers often are a good compromise between simplicity and dexterity. Non-anthropomorphic hand designs with two opposing pairs of fingers or human hands with six fingers can further increase dexterity, suggesting that the human hand is not the optimum. Consequently, we argue for function-based rather than form-based biomimicry.


翻译:人类操作技能代表了其自主运动功能的顶峰,需要协调多个自由度并处理高维传感器输入才能实现如此高水平的灵巧性。因此,我们试图回答:具有相关生物力学特性、传感器和控制机制的人类手是否是机器人学应当追求的终极目标——我们真的需要拟人化机器人手吗?本综述可帮助从业者在手部复杂性与潜在操作技能之间进行权衡。我们概述了人类手的结构,比较了市售机器人手与假肢手,并系统回顾了现有手部机构及其能够实现的技能。这引出了后续问题:实现机器人所需大多数技能对机构和传感器的最低要求是什么?要达到人类水平的灵巧性还缺少什么?我们能否超越人类的灵巧性?尽管复杂的五指手常被视为机器人操作器的终极目标,但它们并非所有任务所必需。我们发现手腕灵活性和手指外展/内收通常对操作能力更为重要。增加手指数量、驱动器或自由度并非总是必要。三指设计往往是简洁性与灵巧性之间的良好折衷。具有两对相对手指的非拟人化手部设计或六指人类手可进一步提升灵巧性,这表明人类手并非最优解。因此,我们主张基于功能而非基于形态的仿生学。

0
下载
关闭预览

相关内容

灵巧手:人形机器人应用落地的关键
专知会员服务
22+阅读 · 2024年9月26日
人形机器人深度:产业化渐行渐近,未来前景广阔
专知会员服务
39+阅读 · 2024年7月17日
【伯克利博士论文】将机器人的表征与人类对齐
专知会员服务
46+阅读 · 2023年8月27日
【硬核书】机器人中的大脑和认知智能控制,110页pdf
专知会员服务
66+阅读 · 2022年6月6日
人工智能的现状与未来(附PPT)
人工智能学家
76+阅读 · 2019年3月27日
使用强化学习训练机械臂完成人类任务
AI研习社
14+阅读 · 2019年3月23日
【机器人】机器人PID控制
产业智能官
10+阅读 · 2018年11月25日
机器学习必备手册
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年10月24日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员