文章核心观点 - 韩国与印度联合研究团队成功攻克了扭转弦驱动器在机器人手应用中的三大技术障碍，通过创新的双向TSA模块设计，实现了宽范围、高精度的双向弯曲控制，并展示了其在灵巧抓取操作中的应用潜力 [1] 技术挑战与原有方案局限 - 传统扭转弦驱动器存在三大致命障碍：扭转迟滞导致手指无法完全伸直、行程范围有限（仅能收缩初始长度的30-50%）、以及只能实现单向弯曲 [3][4][7] - 迟滞现象源于摩擦导致的扭转传播不均，并伴随“回弹效应” [3] - 实现双向运动通常需要加装笨重弹簧或复杂滑轮系统，违背了TSA结构紧凑的初衷 [5] 核心创新设计：双向TSA拮抗系统 - 研究团队采用逆向思维，设计了双TSA拮抗系统，将两个相同的TSA齿轮耦合并由一个电机驱动 [10][11] - 当电机转动时，一侧TSA扭转收缩，另一侧反扭转伸展，反扭转侧提供的拮抗张力恰好能抑制主动扭转侧的迟滞，并自然实现双向弯曲 [11] - 通过引入“非对称轴偏移”的几何设计，将两个TSA通道设计成不同大小的椭圆截面，补偿了TSA收缩量大于伸展量的固有不对称性，解决了双向操作中的力学匹配问题 [12][13][16] 关键参数优化：预张力调谐 - 通过在两对TSA弦环之间插入偏置板来施加预张力，系统实验发现当偏置板厚度达到1-2毫米时，迟滞几乎完全消失，控制轨迹高度可重复 [15] - 预张力过大（如2.5毫米）会缩小可用弯曲范围，达到3毫米时会导致绳子断裂，实验确定了最佳预张力范围 [17][18] 性能验证与应用展示 - 基于新设计的双向TSA连续体手指模块，在±45°、±90°、±135°和±180°的目标角度控制实验中，平均误差仅为6.7%，迟滞可忽略且无回弹现象 [19] - 与传统单向TSA相比，新设计将操作后的初始位置偏差从约21°降至4-5°，并几乎消除了回弹 [19] - 将三个双向TSA手指组装成多指抓取器，演示了其不仅能向内抓取，还能外向弯曲以伸入空心物体内部抓取物品，极大增强了操作灵活性与空间适应性 [22][24][25] 当前局限与未来方向 - 当前双向TSA模块的耐久性约为3000次循环，之后会出现蠕变和预张力退化 [26] - 运动学模型在大弯曲角度下预测精度受限，未来需考虑变曲率和弹性耦合以提高模型保真度 [26] - 目前系统为开环控制，未来计划集成传感器实现闭环角度控制，并开发自适应预张力方法以提高对不同负载的适应性 [26]