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为什么行业公认五指绳驱是灵巧手突破“人手级”灵活的最后一道关卡?
2025-08-05 08:59

近年来,人工智能在语言理解、视觉识别等非物理交互领域取得了显著进展,但在涉及实际物理操作的灵巧控制方面,机器人的能力仍然相对薄弱。即使是简单的抓取、操控等任务,现有机器人系统的表现仍远不及人类,甚至难以达到婴幼儿的灵活程度。


在灵巧手技术领域,目前尚未形成统一的技术路线标准。2指、3指、4指和5指构型等各类设计方案,以及绳驱、直驱等驱动方式,仍处于并行发展阶段。从产业化进程来看,灵巧手技术仍处于关键技术攻关和方案验证阶段。


▍以人手为天然范本,锚定仿人绳驱式五指


在机器人灵巧操作领域,仿人灵巧手的设计需要满足多方面的技术要求。从功能需求来看,理想的灵巧手应当具备高自由度运动能力、精确的力位控制、环境自适应性和快速响应等特性。这些需求与人手的操作特性高度吻合,也决定了五指仿生结构的技术合理性。


人类双手是长期进化的优化成果,其结构为灵巧手仿生设计提供了天然范本。五根手指中,拇指可对握,与四指协同完成抓、握、捏等动作;指节比例接近黄金分割(如中指三节长度比约为1:0.6:0.4),在灵活性与力量间达到平衡;每指三关节的设计实现毫米级操作精度;皮肤、肌腱与骨骼的配合,既保证发力能力,又具备 0.1mm 纹理感知的精细触觉。


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出自论文《The GRASP Taxonomy of Human Grasp Types》,将33 种抓握类型纳入GRASP分类体系所得四种分类


然而,人手在高危(如核辐射、高温)、超精密(如微电子组装)或高强度(如持续搬运)场景中存在生理局限,这催生了对仿生机械手的需求。理想的仿生机械手需继承人手的灵活性与触觉感知能力,弥补传统机械臂的功能短板,胜任人类难以直接完成的任务。


在机械结构上,二指、三指机械手虽在特定场景下具有成本或结构优势,但在操作多样性和适应性方面存在明显局限。四指结构在功能上虽已更接近人手,但仍难以完全复现拇指的对掌功能。这种功能缺失在需要精细操作或工具使用的场景中尤为明显。五指结构相比其他构型,在功能完备性方面具有明显优势。


在驱动方式上,刚性传动灵巧手通过齿轮、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠、连杆等机构直接传递电机扭矩,具有能效高、响应快、结构紧凑等优势。微型模块化设计虽进一步优化了其空间利用率,但也带来了功率密度与散热限制、灵巧性与负载能力矛盾、传感器集成困难以及微小型化带来制造与可靠性问题等关键挑战。与刚性传动相比,绳驱传动原理类似人类用肌腱控制手指,主要借助柔性绳索来传递动力,其核心设计在于将大功率驱动源(相同力输出情况下发热量较小)配置于远端(如手掌内、小臂等部位),通过精心设计的滑轮与导管走线系统,有效降低末端执行器的重量与转动惯量,显著提升动态响应性能。


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电机-滚珠丝杠-腱绳驱动单元示意图


在核心挑战上,类人灵巧手研发的关键在于仿生复现人手22 自由度的超冗余运动机制,其难点是构建类似生物肌肉 - 肌腱系统的高度集成驱动体系,以满足肌肉的非线性力学特性。而绳驱传动因物理特性接近肌肉,可实现动力源与关节的分离设计,既能充分利用手掌或小臂空间提升功率密度,又能降低散热难度。这种设计在工程层面更易平衡高密度集成、散热、寿命与智能控制等要素,成为突破五指灵巧手技术瓶颈的关键路径。


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生物肌肉力学机理与物理实现方案


基于上述技术逻辑与功能需求,灵巧智能选择了仿人绳驱式五指灵巧手这一技术路线。该路线既继承了人手五指结构的功能完备性优势,又通过绳驱传动方式克服了刚性传动的固有局限,能够更好地应对类人灵巧手研发中的核心挑战,为实现高灵活性、高精度、强适应性的仿生操作提供了可行方案。而基于这一技术路线,灵巧智能也已推出了DexHand021、首款腕手一体双绳驱仿生灵巧手DexHand021 Pro等产品。


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左:DexHand021量产版灵巧手 右:DexHand021 Pro


▍解码商业化应用:攻克仿人灵巧手三大核心维度


目前,机器人操作能力的提升面临着诸多挑战,尤其是在复杂操作任务中,现有方案的局限性日益凸显。多数灵巧手研究集中在简化模型(如二指夹爪)上,但这类设计难以应对复杂操作。相比之下,仿人灵巧手凭借与人手相似的结构,具备执行高级任务的潜力。然而,其高自由度(通常超20个)使协同策略和运动规划复杂度大幅增加。传统优化方法难以应对,需结合强化学习、深度学习、触觉反馈和仿真训练的融合方案。


浙江灵巧智能科技有限公司(以下简称“灵巧智能”)作为灵巧手领域的深度探索者,对机器人操作能力的瓶颈有着深刻的认识。其认为,这并非单一技术问题,而是“脑(决策)- 手(执行)- 感知(反馈)” 三者的协同割裂,要突破瓶颈,需在以下层面创新:

 

智能决策:结合大语言模型的任务理解与强化学习的运动优化,构建分层控制架构。

灵巧硬件:提升驱动效率、降低成本,增强触觉传感精度与密度。

多模态感知:融合视觉、触力觉和温度觉等信息,实现操作过程中的动态调整。


只有“脑-手-感知”协同技术的成熟,人形机器人才能突破非结构化环境的操作限制,迈向更广泛的实际应用。


基于此,灵巧智能提出了“灵巧度”(Dexterity)技术指标评价体系,指出实现类人灵巧操作需攻克三大核心维度:


物理灵巧度指数(IOD):机械手的自由度、柔顺性和运动特性需逼近人手水平。

感知指数(IOS):触力觉、温度觉和视觉感知的融合需覆盖精细操作需求。

智能指数(IOI):操作意图理解与多指协同规划能力需达到人类水平。


灵巧智能推出的DexHand021、DexHand021 Pro等产品在以上三大核心维度上展现出显著优势:


物理灵巧度指数(IOD)——手(执行)


要实现灵巧手的自由度、柔顺性和运动特性,达到类人水平,硬件的驱动效率提升、成本降低和触觉传感精度与密度增强至关重要。灵巧智能对灵巧手进行了模块化前驱动设计:分析人手核心功能,在保留关键功能的同时,优化体积重量。食指、无名指、小指的MCP关节由电机+丝杠滑块驱动;MPP/PIP关节由双排电机组+蜗轮驱动肌腱控制。指尖配备多点阵电容传感器及增加摩纹理橡胶。


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模块化手指设计


在驱动单元设计方面,灵巧智能采用高功率密度空心杯无刷电机,结合行星减速器与蜗轮蜗杆,双电机集约于单一高精度工程材料支架。传动使用高强度多股编织缆绳(抗拉≥650N,微应变、高耐磨),单元持续输出150N牵引力,突破传统人工肌肉的功率密度、响应与能效瓶颈。


在传动方案方面,DexHand021采用单绳驱设计,通过电机+蜗轮蜗杆+腱绳实现手指弯曲,通过弹簧被动力与电机腱绳张紧力实现伸展。DexHand021 Pro则采用双绳驱设计,实现手指的弯曲、伸展和双向侧摆的主动控制,增强主动控制能力、抗干扰能力、稳定性和被动柔顺性,提升动态响应特性和力控精度,扩展单指运动空间,进而提升灵巧度指数。


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DexHand 021 量产版33种抓握


通过创新设计,DexHand021在仅296.2×113.2×56.5mm的空间内集成了全部驱动(12个空心杯电机)、传感、通信、散热等,总重仅1kg。单指负载>1kg,抓握负载>5kg,持续工作温度<70℃,寿命>50万次,实现高密度机电感控系统集成与高性能平衡。DexHand021 Pro则增加了腕部直线推杆设计,实现手腕的前后和左右摆动,进一步提升操作空间和灵巧度指数。


感知指数(IOS)——感知(反馈)


要使机械手突破非结构化环境的操作限制,需实现触力觉、温度觉和视觉感知的融合,覆盖精细操作需求。触觉传感器作为交互接触的重要单元,对解决灵巧操作模型数据稀疏性具有重要价值。灵巧智能对DexHand021 Pro进行了全域感知设计,通过大幅面接触、指尖高点阵、宽量程、高灵敏、多模感知方案,实现手掌全域感知,提升感知指数。


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DexHand021 Pro全域感知设计展示


智能指数(IOI)——脑(决策)


为了让灵巧手的操作意图理解与多指协同规划能力逼近人类水平,DexHand021 Pro搭载高性能端侧计算单元,实现毫秒级实时决策。其内置专用AI加速芯片可本地运行深度学习模型,为复杂任务提供智能支持。


▍打造全产品体系,国际领先技术助构高竞争壁垒

 

除上述旗舰量产产品DexHand021、进阶产品DexHand021 Pro 两款五指灵巧手外,为满足不同场景下的精细操作需求,灵巧智能也推出了千元级三指灵巧手DexHand021 S。


DexHand021 S以低成本与实用性为核心定位,依托刚柔耦合传动专利技术,可实现人手70%的功能,以千元级价格覆盖80%的通用场景需求。具体来说:DexHand021 S具备8自由度操控能力,抓握力达22N,可稳定抓取常见物品及操控简单工具;重量仅0.62kg,支持工业分拣、农业采摘、教育实验等场景的即插即用;模块化设计使其使用寿命达20万次,配合开源生态可进一步降低维护与使用成本。


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DexHand021 S灵巧手


在软件生态层面,灵巧智能也构建了开源化体系。通过开放Python/C++ SDK文件、URDF模型、正逆运动学计算库,并提供基于Mujoco和ISAAC的仿真环境及强化学习示例任务,缩短算法验证周期50%,灵巧智能有效了降低用户使用门槛。


针对具身智能操作中数据稀疏性这一行业共性难题,灵巧智能则打造了全链路技术平台。其遥操作套件及具身智能训练平台打通了视-臂-手-触-运动的技术路径,结合裸眼3D显示或VR视觉眼镜,实现了远程环境下的精准操作与数据采集。DexCap数据采集系统采用轻量化(<2kg)高精度异构外骨骼架构,通过毫米级运动捕捉(双臂9DOF+双手21DOF+腰部5DOF)、千赫级响应速度及五级触觉反馈,为灵巧操作算法训练提供了高保真数据支撑,重新定义了人体运动数据采集的精度与效率。


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DexCap数据采集系统展示


尽管去年1月才成立,灵巧智能已围绕五指和三指灵巧手搭建起多维度产品矩阵,并完成高自由度灵巧手量产产线搭建,进入商业化运营阶段。其产品与技术布局不仅填补了高中低端灵巧手的市场空白,也为机器人灵巧操作及具身智能领域提供了从硬件到软件、从数据采集到算法训练的全链条解决方案,推动行业向更高精度、更低门槛的方向发展。

 

当前,灵巧智能凭借其卓越行业表现与巨大发展潜力,已然成为众多投资机构竞相瞩目的焦点对象,众多知名投资机构纷纷将其纳入重点关注范围,持续跟踪其发展动态,积极探寻合作契机。


作为一家初创企业,灵巧智能如何在短时间内实现技术突破与产业落地?又为何成为资本眼中的“香饽饽”?这背后,是其深厚的技术积累与卓越的团队实力在发挥关键作用。


作为交大系创业企业,灵巧智能团队创始人许春山博士有着亿嘉和机器人联合创始人、上海人工智能研究院副院长的双重背景,CEO 周晨是经验丰富的连续创业者,CTO 朱豪华与 CEO 为同班同学。这样的团队配置,不仅让企业拥有了强大的产学研资源整合能力和坚实的信任基础,更凭借在量产及商业化领域的丰富经验,为企业跨越发展周期提供了有力支撑,这也成为吸引资本关注的重要因素。

 

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灵巧智能"重构·敢为"新品发布会大合照

 

作为一家以灵巧操作为核心能力的具身智能机器人企业,灵巧智能依托上海交通大学的科研与人才优势,专注于通用智能多模态触视感知灵巧操作系统的研发、生产与销售。其以推动机器人灵巧操作的普惠化与智能化为目标,秉持“探索一代、研制一代、量产一代” 及硬件 “稳定可靠”、软件 “生态开源” 的理念,构建起涵盖强大的灵巧手硬件、低成本高质量数据采集、生成式通用灵巧操作模型的完整产品体系,并在技术水平方面达到国际领先,这为其赢得资本青睐奠定了坚实的技术基础。


获得一众资本的重点关注,绝非偶然。这不仅是对灵巧智能当前领先技术与成熟产品的硬核背书,更是资本市场用脚投票,对其在机器人灵巧操作与具身智能领域潜在统治力的深度认可。


从行业发展来看,灵巧智能已凭借其在机器人灵巧操作领域深耕多年的技术积累,以及在具身智能赛道前瞻性的产品布局,构成了难以复制的竞争壁垒。这种实力,让其在推动机器人灵巧操作行业突破技术天花板、重塑具身智能产业竞争格局中,具备了与生俱来的优势。随着灵巧智能在工业、教育、农业、服务等多元场景的应用边界持续突破,其技术势能必将正加速转化为行业动能!

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