SPINE 夹爪：基于扭曲欠主动力机制的被动模式转换夹爪

本文提出一种单执行器被动夹爪，实现稳定夹取和双向手中旋转的连续式。不同于需要多个执行器、传感器或基于控制的切换的常规多功能夹爪，本文提出的夹爪仅根据施加的输入扭矩大小进行夹取与旋转的自主切换。这种行为的关键启用器是一种扭曲欠主动力机制（Twisted Underactuated Mechanism, TUM），它从单一旋转输入中产生非共面运动，即轴向收缩和旋转，同时产生相同的收缩，无论旋转方向如何。摩擦发生器机械地定义扭矩阈值，以支配被动模式切换，实现在无需感知或主动控制的情况下，稳定的夹取建立后自动过渡到手中旋转。推导了描述 TUM 运动学、弹性力生成和扭矩传递的解析模型，并进行了实验验证。制造的夹爪通过对夹取成功率、基于摩擦的夹取力调节和双向旋转性能的定量实验进行评估。系统级演示，包括螺栓操作、物体重新定位和仅由手腕扭矩驱动的机械臂集成任务，均确认了两种旋转方向上可靠的夹取到旋转转换。这些结果表明，仅通过机械设计即可实现非共面多功能操作，表明机械编码的能量传递逻辑是执行器和控制密集型夹爪架构的稳健替代方案。