意大利研究團(tuán)隊在《HardwareX》期刊發(fā)表成果，推出一款開源多模態(tài)混合微夾爪。該設(shè)備將真空吸附與手指摩擦抓取技術(shù)整合于單一工具中，旨在解決印刷電路板（PCB）組裝中微型且多樣化的表面貼裝技術(shù)（SMT）元件抓取難題。整套硬件物料清單成本為562.66歐元。

該微夾爪可處理平面尺寸0.5毫米×0.5毫米至8毫米×8毫米、高度0.3毫米至5毫米的SMT元件，覆蓋絕大多數(shù)常規(guī)PCB零部件。傳統(tǒng)自動化工作站通常依賴多種專用夾爪并頻繁更換，導(dǎo)致柔性生產(chǎn)節(jié)拍放緩。此混合設(shè)計通過單一末端執(zhí)行器消除換刀損耗，并新增一種真空與摩擦同步作用的混合工作模式。

機(jī)械結(jié)構(gòu)由三個子組件構(gòu)成：固定3D打印底座支撐中央真空工具及可替換微型吸盤，上方為搭載L型手指的移動框架。移動框架由單作用氣動缸驅(qū)動垂直升降，在6巴氣壓下提供約22牛頓的提升力，足以抵抗0.05至0.2牛頓的焊接反作用力。手指采用Formlabs高溫樹脂3D打印，耐受Zui高240攝氏度焊接溫度，支持操作員輔助焊接等協(xié)作機(jī)器人場景。

水平定位由兩臺低成本微型直線模組實現(xiàn)，每軸行程9.1毫米，全步進(jìn)精度25微米，可承受約0.2牛頓的水平與垂直反作用力。氣動系統(tǒng)采用H7/h6動配合公差以平衡定位精度與低摩擦。摩擦模式下，單指閉合力0.2牛頓，配合0.5的聚合物-金屬摩擦系數(shù)，可夾持約0.2牛頓重的元件；吸盤貢獻(xiàn)額外抓力，直徑1毫米時可達(dá)近0.6牛頓。

控制系統(tǒng)基于運行于84兆赫茲的Arduino Due微控制器，搭配以太網(wǎng)屏蔽層進(jìn)行TCP/IP通信。雙STSPIN220步進(jìn)驅(qū)動器控制手指模組，MM10線性電位計提供位置反饋，經(jīng)12位ADC與二階IIR低通濾波（截止頻率50赫茲）處理后，位置測量標(biāo)準(zhǔn)差降低87%，Zui壞情況波動僅2微米。外部EEPROM可在斷電時保存配置參數(shù)。

調(diào)試流程包含機(jī)械背隙消除、真線性步進(jìn)測量及固件內(nèi)自動行程校準(zhǔn)。研究人員在MATLAB中進(jìn)行一階系統(tǒng)辨識，驗證擬合度超96%。PI控制器經(jīng)抗積分飽和與速度前饋補(bǔ)償調(diào)優(yōu)，跟蹤固件生成的梯形運動曲線。閉環(huán)追蹤使手指定位誤差保持在50微米控制容差內(nèi)，雙指同步誤差小于30毫秒。失速檢測策略可在指令位移超出機(jī)械背隙估計時獨立停指，防止碰撞。

實驗對8毫米×6毫米×0.8毫米球柵陣列封裝和1005電阻（1毫米×0.5毫米）各進(jìn)行30次抓取釋放循環(huán)。摩擦與真空模式對兩種元件均實現(xiàn)可靠性，混合模式對BGA元件同樣達(dá)到?？箶_動測試表明控制器能在外力施加與移除后平滑恢復(fù)設(shè)定值。

測試亦暴露出局限：在1毫米電阻上，混合模式因手指與吸盤發(fā)生機(jī)械干涉而失敗，作者指出這源于當(dāng)前手指幾何形狀而非概念本身，修改外形即可解決。研究明確劃分了模式取舍：摩擦抓取適合精準(zhǔn)牢固操作但需更大間隙，真空抓取擅長精密部件但僅施加單向力，混合模式提供保持穩(wěn)定性與釋放精度，利用手指上行運動作為對抗微觀粘附的集成式塞狀釋放機(jī)制，但目前尚不適用于亞毫米級元件。

除性能外，該方案具備高可復(fù)制性。核心部件多為增材制造，僅少量需CNC加工。所有CAD文件、原理圖、固件程序及MATLAB腳本均以知識共享署名4.0協(xié)議公開?？蛇x配750歐元的自動換刀裝置，或改用簡易固定接口。該開源微夾爪為實驗室、小型制造商及柔性機(jī)器人裝配單元提供了經(jīng)實測驗證的多模式微操作硬件選項。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-16。本文為資料編譯。