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在机器人技术飞速发展的今天，灵巧手作为机器人与环境交互的关键部件，其重要性不言而喻。灵巧手的设计和功能模仿人类手部，旨在赋予机器人更高的灵活性和操作能力，使其能够执行更加复杂的任务。根据 Statista 数据，2021 年全球机器人灵巧手市场规模约为 11.6 亿美元，预计在 2030 年增长至 30.35 亿美元，2022-2030 年间CAGR 为 10.9%。
本文将探讨灵巧手的核心技术、国内外的研发现状，以及其对人形机器人和具身智能产业的深远影响。
灵巧手的核心技术
灵巧手的核心技术包括高度集成的机械结构、精密的驱动系统、先进的传感技术和复杂的控制算法。
- 机械结构：灵巧手通常包含多个自由度，模拟人手的关节运动。多指灵巧手最常见的设计是3到5个手指，每个手指具有多个关节，以实现多样化的抓取动作。
- 驱动系统：灵巧手的驱动方式多样，包括电机驱动、液压驱动、气压驱动和形状记忆合金驱动等。电机驱动因其高功率密度和精准控制而成为主流。
- 传感技术：为了实现精准的抓取和操作，灵巧手需要集成多种传感器，如力/力矩传感器、触觉传感器和位置传感器，以提供实时反馈。
- 控制算法：灵巧手的控制算法负责将传感器数据转换为精确的动作指令，涉及机器学习、人工智能和机器人学等多个领域。
国际领先的研发团队和公司
国际上，多个研发团队和公司在灵巧手领域取得了显著成就。例如，英国的Shadow灵巧手、美国斯坦福大学和麻省理工学院联合研制的Utah/MIT灵巧手，以及德国SCHUNK公司的SVH五指手，都是该领域的佼佼者。
- Shadow灵巧手：Shadow Robot Company是一家总部位于英国的高科技公司，专注于开发和制造先进的机器人灵巧手。公司由哈里·布兰德（Harold Brewster）于2000年创立，旨在推动机器人技术的发展，特别是在机器人手部的灵巧性和感知能力方面。Shadow Robot Company的研发团队由一群经验丰富的工程师、科学家和研究人员组成，他们在机器人学、机械工程、电子工程和人工智能等领域拥有深厚的专业知识。
- Stanford/JPL灵巧手：由斯坦福大学研制，具有高度的灵活性和精确性，广泛应用于科研和工业领域。
- SCHUNK SVH：SCHUNK公司的SVH五指手以其高度的集成度和智能化水平而闻名，能够执行复杂的抓取任务。
国内公司和研发团队
中国在灵巧手的研发上也取得了显著进展，涌现出了一批具有国际竞争力的企业和研发团队。
- 腾讯 TRX-Hand 灵巧手：腾讯 Robotics X 实验室于 2023 年 4 月 25 日推出自研机器人灵巧手 TRX-Hand 和机械臂 TRXArm。 TRXHand 兼具高灵巧和高负载速度的特性，拥有 8 个可独立控制关节，自重仅 1.16 千克，最大持续指尖力可达 15 牛，最大关节速度不低于 600 度每秒，可轻松应对不同形状尺寸物体的抓取和操作，对高动态的抛接动作也游刃有余。灵巧手在指尖、指腹和掌面均覆盖了自研的高灵敏度柔性触觉传感器阵列，掌心处安装有微型激光雷达和接近传感器，同时每一个关节均集成了角度传感器，保证灵巧手在抓取和操作过程中能准确地感知自身与物体状态信息。
- 因时灵巧手：因时机器人是一家专注于微型精密运动部件和伺服控制技术研发的高新技术企业。因时机器人仿人五指灵巧手采用创新型直线驱动设计，具有 6 个自由度和 12 个运动关节，结合力位混合控制算法，可以模拟人手实现精准的抓取操作。其中 RH56BFX 系列灵巧手又称钢琴手，速度快、抓握力稍小，集成力传感器，适用于弹钢琴及手势交互等场景；RH56DFX 系列灵巧手抓握力大，速度适中，适用于机器人或假肢的抓取操作。
- 智元机器人 SkillHand 灵巧手：智元机器人是 2023 年 2 月创立的专注于打造智能机器人与应用场景的高科技企业，于 2023 年 8月正式发布智能机器人“远征 A1”。该机器人使用了智元自研的 SkillHand 灵巧手，拥有 12 个主动自由度，5 个被动自由度，所有驱动内置。SkillHand 的指尖集成了基于视觉的指尖传感器，可以分辨操作物的颜色、形状、材质，而且可以基于算法的数据融合，做到近似触觉的压力传感器的效果。同时，该灵巧手创新的指尖传感器视觉闭环的设计，可以实现末端的视觉闭环，降低了对于整机电机的精度需求。
- 帕西尼 DexH5 灵巧手：帕西尼 DexH5 灵巧手拥有 0.01N 高精度力控和 5KG 高负载能力和三段手指结构和高还原仿人手弯曲角度。帕西尼感知科技专注于多维触觉传感技术的突破和创新，在国内首家落地多维多阵列触觉传感器，通过多维度触觉和机器人技术的深度融合，赋予机器人体般灵敏的多维感知能力。
- 哈尔滨工业大学（HIT）：与德国宇航中心（DLR）合作，研发了HIT/DLR灵巧手，具有较高的自由度和良好的抓取能力。
- 北京航空航天大学：研制的BH系列灵巧手，专注于多指手的操作理论研究，并通过数据手套实现远程控制。
- 深圳Dorabot公司：设计的DoraHand模块化灵巧手，以其轻薄的设计和高度敏感的触觉传感器而著称。
此外，一批近期涌现的人形机器人公司如开普勒探索也开始将自研的灵巧手应用于其人形机器人产品上。
国际与国内的对比
国际上的灵巧手研发起步较早，技术成熟度高，产品在精度和可靠性方面具有优势。而国内虽然起步较晚，但发展迅速，特别是在成本控制和市场适应性方面展现出较强的竞争力。国内灵巧手的价格优势明显，为更广泛的应用场景提供了可能性。
对具身智能产业的影响
灵巧手目前主要应用在航空航天、医疗、智能制造等领域。如执行航天飞行器的舱外任务、仿生假肢和远程手术、拼装流水线上小尺寸零件等。随着近年来人形机器人技术的突飞猛进，人形机器人用灵巧手有望成为灵巧手未来的主流应用领域。
灵巧手的发展对具身智能和人形机器人产业具有深远的影响。随着灵巧手技术的不断进步，人形机器人的操作能力将越来越接近人类，能够在更多的领域替代人工，如医疗、制造、服务等行业。此外，灵巧手的普及也将推动机器人教育和研究的发展，为未来的技术创新和人才培养奠定基础。