手爪是机器人直接与环境交互的末端执行器。本文介绍从简单平行夹爪到自适应欠驱动手爪的设计与控制。

一、平行夹爪

　　最简单的夹爪形式，两个爪指平行开合。用舵机带动丝杆或齿轮齿条机构驱动爪指开合。

　　设计要点：

　　1. 爪指接触面贴橡胶或硅胶垫，增加摩擦力

　　2. 爪指行程（开合范围）至少覆盖目标物体尺寸的1.5倍

　　3. 夹持力 = 舵机扭矩 × 力臂比 / 摩擦系数

　　MG996R配简单连杆机构可提供约500g-1kg的夹持力。

二、自适应欠驱动手爪

　　欠驱动手爪使用少于自由度数的驱动器，通过弹性关节和机械耦合自动适应不同形状的物体。一个舵机可以驱动3-4个手指，每个手指有2-3个关节。

　　典型设计：

　　1. 手指关节之间用弹簧或弹性索连接，使手指能被动贴合物体轮廓

　　2. 使用腱绳（钓鱼线）+弹簧的传动方式，简单可靠

　　3. 3D打印手指构件，STL文件在Thingiverse上有大量开源设计

三、控制代码

// 夹爪控制
#include <Servo.h>

Servo gripper;
int openAngle = 30;   // 张开角度
int closeAngle = 120; // 闭合角度
int holdAngle = 90;   // 保持角度

void setup() {
  gripper.attach(9);
  gripper.write(openAngle);  // 初始张开
  delay(500);
}

void grasp(int force) {
  // force范围0-100
  int angle = openAngle + (closeAngle - openAngle) * force / 100;
  gripper.write(angle);
}

void release() {
  gripper.write(openAngle);
}

void hold() {
  gripper.write(holdAngle);
}

四、夹持力反馈

　　在没有力传感器的情况下，可以通过检测舵机电流来估计夹持力。在舵机电源回路中串联一个0.1Ω采样电阻，用ADC测量压降换算电流。当电流超过阈值时停止夹紧，实现恒力夹持。

　　更专业的方法：在爪指上安装薄膜压力传感器（FSR400），直接测量接触力。

五、常见问题

　　Q：夹不住圆柱形物体？ A：V形槽爪指比平面爪指更适合夹圆柱。爪指内表面加半圆形凹槽。

　　Q：夹碎易碎物品？ A：用软性爪指材料（硅胶3D打印或EVA泡沫包裹）。实现力控夹持，夹紧力达到预设值后停止。