斯坦福电球 上交大本科毕业，这个小哥的机械手玩球技术娴熟

机器之心报道

机器之心编辑部

机器人领域顶级会议 ICRA 2020 于近日召开，并公布了会议奖项。其中华人小哥 Shenli Yuan 等的研究《Design of a Roller-Based Dexterous Hand for Object Grasping and Within-Hand Manipulation》获得了此次会议的最佳学生论文奖和最佳机器人控制论文奖。

ICRA 2020 共设有最佳论文奖、最佳学生论文奖，以及自动化、人机交互、多机器人系统、机器人视觉等子领域最佳论文奖等 12 个奖项。而 Shenli Yuan 等人的这项研究入围了其中四个奖项，包括最佳学生论文和最佳论文，并最终斩获最佳学生论文奖和最佳机器人控制论文奖。

入围 ICRA 2020 奖项的部分论文列表。

入围 ICRA 2020 四个奖项的研究讲了些什么？

这项研究开发了一种新型非拟人化机械手，可以通过安装在机器人指尖的铰接式滚筒来操纵物体。

与使用传统机械手的手内操纵不同，该研究开发的「会滚动的手指」具备连续旋转的能力，因而无需手指转动即可无限旋转被抓握的物体。

我们先来看这只机械手操纵物体的能力。

一只小小的骰子，它转起来毫不费力！

此外，它还能操纵厚度很小的物体，而且由于该机械手具备连续旋转的能力，拧瓶盖这种小事对它来说也不在话下。

接下来，我们再来看它抓取物体的能力如何。

如上图所示，这只机械手能够抓握纤维制品、球体等，还能利用一个滚筒将薄的物体滑动到桌面边缘然后再抓取……

机械手的设计原理

这只机械手的抓手包含三个运动学类似的手指，每个手指有三个自由度，参见下图：

近端自由度是由 Robotis Dynamixel XM430-W350 智能制动器直接驱动的转动关节。

中间自由度正交于近端 DoF，它基于《Remote center-of-motion robot for surgery》中的平行四边形机制，其输入连杆和接地连杆位于平行四边形的中线。中间自由度控制指尖滚筒的方向，由微数字伺服电机来驱动。

指尖滚筒由配备正交编码器的微 DC 齿轮马达驱动，能够实现连续旋转。该滚筒安装有多个氯丁橡胶 O 型环，可以为抓握和操纵物体提供高阻力表面。

抓手重 800 克，每个手指可提供 20 N 的法向力。其运动学配置和参数如下图所示：

其中手指 1 和 2 对称分布，具备平行的近端关节轴，手指 3 与手指 1 具备同样的平行四边形配置。

运动学分析

此外，该研究对其进行了运动学分析，将机械手用二指和三指控球的方程进行了形式化，以展示机械手的六自由度非约束空间移动能力。

下图展示了滚筒在操纵球体时的配置：

关于机械手三指控球，作者给出了解释和示例：

下图则展示了对机械手二指控球的分析和展示：

研究人员制作了这只机械手的原型，并使用它抓握和操纵多种物体。对该原型的一系列测试验证了前述数学分析的有效性。

该研究制作的机械手原型。

关于该研究的更多信息，参见：https://ras.papercept.net/proceedings/ICRA20/1733.pdf

此外，作者还给出了论文解读视频，感兴趣的读者请戳：

Shenli Yuan。

这项研究的第一作者是 Shenli Yuan，他在本科阶段获得了上海交通大学和普渡大学的双学士学位，硕士阶段又取得了斯坦福大学音乐与科学技术硕士和机械工程理学硕士。

履历：本科与硕士阶段均取得双学位。

Shenli Yuan 现为斯坦福大学机械工程博士生，同时辅修计算机科学，其导师为斯坦福人工智能实验室的 Kenneth Salisbury 教授。

他对机器人学、触觉学和音频技术都有很大的研究兴趣，大多数科研项目与这些主题相关。最近，他将研究重点放在了机器人手内操纵领域，尤其是设计机器人抓手和开发操纵算法。

除了这篇获奖研究之外，Shenli Yuan 之前参与的一些研究工作也被其他学术会议或期刊接收：

Shenli Yuan 的其他研究工作。

ICRA 2020 其他奖项

除了 Shenli Yuan 获得的最佳学生论文与机器人操控最佳论文奖，大会还公布了大会整体最佳论文、自动化最佳论文等众多奖项。

本届大会的最佳论文奖由来自加州理工学院等机构的论文《Preference-Based Learning for Exoskeleton Gait Optimization》获得。

其他获奖论文信息整理如下：

自动化最佳论文：Securing Industrial Operators with Collaborative Robots: Simulation and Experimental Validation for a Carpentry task

链接：https://hal.inria.fr/hal-02418739v2/document

认知机器人最佳论文：Semantic Linking Maps for Active Visual Object Search

链接：https://7948cefb-1ef7-4c55-96df-fcb8d527c697.filesusr.com/ugd/0886ee_198d7d01f879448bbf00733b21bfcbe9.pdf

机制与设计最佳论文：Swing-Assist for Enhancing Stair Ambulation in a Primarily-Passive Knee Prosthesis

链接：https://icra20.slack.com/?redir=%2Fapp_redirect%3Fchannel%3Dmoa01_1#/

医疗机器人最佳论文：Fault Tolerant Control in Shape-Changing Internal Robots

链接：http://eprints.whiterose.ac.uk/160367/

机器人视觉最佳论文：Graduated Non-Convexity for Robust Spatial Perception: From Non-Minimal Solvers to Global Outlier Rejection

链接：https://arxiv.org/abs/1909.08605

无人机最佳论文：Design and Autonomous Stabilization of a Ballistically Launched Multirotor

链接：https://arxiv.org/abs/1911.10269

人机交互最佳论文：Preference-Based Learning for Exoskeleton Gait Optimization

链接：https://arxiv.org/abs/1909.12316

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