由于傳統(tǒng)的抓取裝置如機械手爪、吸盤等存在設計周期較長，更新頻率較高，利潤附加值較低，難以抓取易損壞、易變形物體等問題，近年來，學術界出現(xiàn)了“軟體手”的概念，將機械手由傳統(tǒng)的氣缸等剛性體變換成柔性的有機聚合物，以克服現(xiàn)有傳統(tǒng)機械手在特定應用場景的缺點。

無獨有偶，近年來學術界還出現(xiàn)了一種顛覆式的機器人——軟體機器人。現(xiàn)有的軟體機器人在材料選取上與軟體手類似，同樣擁有很大的柔性，并擅長在特定的場景中應用。

不同的是，軟體手只是將末端執(zhí)行器設計為柔性，其機械臂和運動關節(jié)與傳統(tǒng)的機器人沒有區(qū)別；而軟體機器人的機械臂也是柔性的，甚至其運動關節(jié)與傳統(tǒng)的機器人相比也發(fā)生了改變，甚至有的軟體機器人的運動副數(shù)量可以理解為無窮多。

有趣的是，雖然軟體手和軟體機器人并不完全相同，但是二者的發(fā)展歷史卻是相互交織的。2011年，哈佛大學Whitesides研究小組的學者Carl Vause，從章魚中獲得了靈感，發(fā)明了軟體機器人，這款軟體機器人長約18厘米，可以單“腿”離地，能在一分鐘內(nèi)匍匐穿過2厘米高的間隙。

從軟體機器人中獲得靈感的Carl Vause繼而在2013年創(chuàng)建了專門研發(fā)生產(chǎn)軟體手的企業(yè)：Soft Robitcs。該公司將軟體手安裝在ABB等公司的工業(yè)機械臂末端。Soft Robotics機器手在食品運輸領域取得了很大的成功。

Carl Vause發(fā)明的軟體機器人

現(xiàn)在生產(chǎn)軟體手的公司主要有美國的Soft Robotics，中國的北京軟體機器人（SRT）、柔觸機器人等，它們最早的科研構想基本是針對市場上異形和易碎物品的搬運應用，適用于水果、玩具等抓取對象。與軟體手相比，軟體機器人還沒有大規(guī)模進入市場，對軟體機器人的研究更多來源于全球的各大高校和科研機構。

北京軟體機器人（SRT）的軟體手

軟體手≠軟體機器人

一般的剛體機器人在裝配上軟體手之后是否應該歸為軟體機器人？這一問題在學術界內(nèi)還有一定的爭議。筆者認為，裝配上軟體手的剛體機器人并不是軟體機器人。

首先，在運動學和動力學上，裝配上軟體手的剛體機器人，其運動學公式、雅可比矩陣、海塞矩陣等基礎公式并沒有改變，機器人在運動學上的運動末端的位姿、速度等仍然是可預測和可控的，只是機器人的末端執(zhí)行器有一點“古怪”而已，而末端執(zhí)行器的種類對機器人運動學和動力學的性能沒有任何影響。

而軟體機器人的機械臂是柔性的，其運動學和動力學性能并不能通過傳統(tǒng)的公式求解出來，機器人的運動學和動力學性能已經(jīng)完全改變，機器人的運動末端位姿、速度等變得不可預測。

此外，在應用場景上，配上軟體手的剛體機器人，其應用場景和一般剛體機器人相比變化不大，仍然是用于物品的抓取和搬運，只不過被抓取物品的形狀比較不規(guī)則或者材質(zhì)比較易碎。

而軟體機器人的應用場景已經(jīng)完全改變，機械臂變成柔性的軟體機器人已經(jīng)不能完成抓取、搬運等功能。

軟體手VS傳統(tǒng)機械手

和傳統(tǒng)機械手相比，軟體手是一個新事物，作為機械手大家庭的一員，其大大擴充了被抓物品的范圍。與傳統(tǒng)機械手相比，軟體手的優(yōu)點顯而易見：具有更大的柔性，適合抓取比較柔軟以及形狀不規(guī)則的物體。

然而，軟體手的缺點也十分明顯。由于柔性軟體手的驅動方式多為氣動，軟體手的各單元內(nèi)部呈封閉的腔體結構，使得對于正壓驅動和負壓驅動的力的大小和抓取時間變得難以掌控，很容易出現(xiàn)脫手的情況。

另外，由于軟體手的柔性，其材料的選取和結構的確定也有相當?shù)碾y度，這也是阻礙軟體手研發(fā)的重要原因。

軟體機器人VS剛性機器人

軟體機器人對傳統(tǒng)的剛性機器人來說是一個顛覆性的概念，它改變了人類對機器人的基礎認知，擴充了機器人的使用場景。

筆者認為剛性機器人和軟體機器人的區(qū)別類似于傳統(tǒng)的節(jié)肢動物或者脊椎動物和軟體動物（例如章魚、烏賊）之間的區(qū)別。如章魚可以改變自己身體的形狀，穿過直徑只有兩厘米的管子，以捕捉管子另一邊的水族箱的獵物。

軟體機器人由于其軀體的柔性，可在較狹窄、工況較差的環(huán)境中工作，如在太空探索、救援、醫(yī)學手術等應用中有著廣闊的前景，在特定的工作環(huán)境下，其優(yōu)勢是傳統(tǒng)的剛性機器人所無法比擬的。

軟體機器人的缺點也同樣明顯。首先，由于軀體的柔性，機器人最基礎的運動學和動力學的理論公式變得不可求，至今其運動理論仍然是空白，機器人的位姿、速度等基礎指標變得不可控，也不可預測。

其次，由于機器人的運動學和動力學理論暫時不可求，軟體機器人的控制器算法也成為了難題。

再次，由于軟體機器人多為氣動的驅動方式，充氣和放氣的管子不可或缺，這對于軟體機器人的運動產(chǎn)生很大的影響，就像一條略顯累贅的“長尾巴”。

最后，和軟體手一樣，軟體機器人仍然繞不過材料和結構的問題，這直接決定了軟體機器人的運動學性能和機器人使用壽命等指標是否能滿足實際應用的需求。

后記

現(xiàn)在，軟體手和軟體機器人的新品依然不斷涌現(xiàn)。例如2014年，哈佛大學研制出了第一款無繩軟體機器人，通過人工或計算機自動控制器將壓縮空氣輸入其肢體內(nèi)進行相應驅動。

現(xiàn)有的最新的軟體機器人仍然為哈佛大學的研究人員于今年所開發(fā)。該機器人的動力來源于壓縮空氣，它被設計成了十字形，有四條“腿”，每條“腿”由八個細小通道連接成的氣室組成，在“十字”的中心有七條接口，以接通輸送壓縮空氣的管道。當機器人的“腿”被充入氣體時，“腿”部會彎曲，發(fā)生膨脹。當被控制的四條“腿”有順序的膨脹、收縮時，就可實現(xiàn)機器人的移動。

（圖片來源，cnBeta.com）

至于軟體手，目前在市場上已初具規(guī)模，例如北京軟體機器人已經(jīng)研發(fā)出了多款軟體手，典型的有緊湊型柔性夾爪、圓周可調(diào)型夾爪、對稱可調(diào)型夾爪等。業(yè)務領域包括食品、化妝品、不規(guī)則注塑件、家具行業(yè)、小件物流分揀、生鮮、玻璃制品、3C行業(yè)等，已遠銷加拿大、美國、瑞典、日本、韓國、***、香港等地企業(yè)。

筆者認為，軟體手的市場潛力可觀。而軟體機器人由于其底層理論的空白，目前還主要停留在大學實驗室里進行嘗試性的應用，距離商業(yè)應用還有一定的距離，而一旦軟體機器人的底層理論得到突破，其市場應用潛力同樣可觀。