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日本团队给机器人装上软硬仿生指尖，贴桌硬币也能抓起6种日元

2026-08-11 arXiv 2608.07887 cs.RO

日本电气通信大学团队设计了一种混合硬度仿生指尖，中央指肚使用软硅胶，两侧换成更硬的材料，内部保留类似指甲的刚性结构。机器人不用先把硬币推到桌边，也不需要在底部留缝，就能从硬平面上抬起硬币。

试验调整水平接近距离、垂直位移和食指旋转角度。混合硬度指尖在更多参数组合下保持高成功率；完全去掉指甲的对照版本在实验1-1的36种条件中全部失败。

薄物抓取难在夹爪无法从底部施力

硬币、卡片和垫片紧贴桌面时，常见夹爪找不到可以插入的底部空间。工程上可以先推动物体、从边缘拾取，或在指尖加专用指甲机构，但这些方案会限制桌面、物体位置或夹爪通用性。

团队采用斜向旋转指尖捏取：指肚先接触硬币侧面，软材料发生形变，内部刚性指甲阻止形变无限扩展，从而形成可以将硬币向上抬的几何约束。

六阶段动作先建立几何约束，再过渡到稳定捏取。

混合指尖中央使用Shore E10软硅胶，两侧使用Shore A60硬硅胶，并与全E10的均匀软指尖对比。硬侧边在指肚内部新增了两道约束边界，使中央软区仍能贴合硬币，又不至于在旋转时向两侧大幅流动。

混合指尖的中央软区与侧面硬区共同配合内部指甲。

试验机构自动重复同一斜向旋转捏取，每个参数条件运行10次。团队把过程分成“形成几何约束”和“转入稳定抓取”两段，可以看清失败是发生在抬起前还是夹紧过程中。

在水平接近距离和垂直位移的多组变化下，混合指尖达到高成功率的工况数更多，从几何约束过渡到稳定抓取的适用范围也更宽。代表性条件下，混合指尖成功率为1.0，均匀软指尖为0.2，形变图显示硬侧边限制了指肚扩张。

实验系统分别调整水平距离、垂直位移、旋转角度和硬币位置。

当硬币沿手指轴向改变位置时，均匀软指尖反而更好，说明硬度边界不是对所有偏差都有利。在针对尺寸调整参数后，两类指尖都成功抓起了1、5、10、50、100和500日元六种硬币。

实验1-1主要扫描拇指与食指的水平接近距离，先检查硬币是否被指肚和指甲共同形成的几何约束抬起，再检查夹爪闭合时能否转入稳定捏取。只有前一阶段成功的条件才会继续测试后一阶段，因此结果热图中的空白格并不是零分，而是该条件没有进入稳定抓取测试。

后续实验分别改变垂直位移、食指旋转角度和硬币沿指轴的位置。这种单变量扫描能区分混合材料究竟改善了哪一类容差。结果显示，它主要扩大了接近距离、垂直位移和角度的成功区间，却牺牲了部分指轴位置容差。这正是作者将硬度“位置”而不只是数值视为设计变量的原因。

六种日元硬币的直径、厚度和材料并不相同。团队在转向多面额测试时根据硬币大小调整动作参数，而不是将一套距离直接套用到六种目标。因此，实验证明的是同一指尖结构经参数适配后能处理多种尺寸，而不是它在不识别硬币尺寸的情况下自动泛化。

这项研究把“硬度放在哪里”变成指尖设计参数，而不只是在软和硬之间二选一。它已在六种硬币和多维参数扫描中验证机制，下一步可扩展到金属垫片、卡片、柔性片材和不规则边缘物体。

成功率热图用每格10次试验对比两种指尖的适用工况。

如果未来能用可变刚度或可更换指肚动态调整边界位置，夹爪可以在宽容位置误差和形成精密约束之间切换，而不必为每一种薄物单独安装专用机构。