人形机器人的下一站：灵巧手竞赛开启|机器人_新浪财经

转自：中国经营报

灵巧手的应用场景不仅仅是作为人形机器人的末端执行器来使用，同时在独立使用方面也有应用场景。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　视觉中国/图

本报记者曲忠芳北京报道

近日，特斯拉旗下人形机器人Optimus（擎天柱）官方账号转发了一位特斯拉投资人的推文，透露下一代Optimus的“手”将拥有22个自由度（Degrees ofFree-dom，简称DoF），称它“看起来非常像人类”，Optimus前一代版本拥有11个自由度。随后，特斯拉CEO埃隆·马斯克补充道：“它可以弹钢琴，甚至弹吉他。”

需要指出的是，机器人的灵巧手是目前最像人手的机械手，是具身机器人与环境交互的末端执行器。作为深度仿生、柔性感知、微机电系统、高性能材料等前沿技术交叉融合的集大成者，灵巧手被业内视为实现智能机器人技术变革跃迁的关键突破口。自由度则是灵巧手的一个关键参数。需要说明的是，手部的每个部分（如手指）能以不同的方式行动——如弯曲、旋转或伸展，每种不同的动作方式即算一个“自由度”。目前市场的人形机器人本体企业既有选择向上游灵巧手生产商采购集成，也有不少选择了自研路线，比如特斯拉、OpenAI投资的FigureAI以及国内厂商智元机器人、星动纪元等等。

灵巧手发展现状如何？当前面临哪些技术难题？灵巧手产业发展前景如何？针对这些业内重点关注的问题，《中国经营报》记者做了相关梳理和调研采访。

自由度“比拼”加速：从10+到20+

“一般来说，自由度越高，灵巧手就能越精准地模仿人类的手部动作，执行复杂的任务。”星动纪元创始人陈建宇在接受记者采访时如是解释。就在10月16日，星动纪元完成了近3亿元的Pre-A轮融资。今年上半年，星动纪元推出了自主研发的灵巧手Xhand，具有12个主动自由度，采用全驱动方案，指尖还配置触觉传感器。

FigureAI则在今年8月发布的第二代人形机器人Figure02，搭载了第四代机械手。根据其官网公开信息，Figure02的灵巧手拥有16个自由度，称“具有与人类相当的负载能力，可抓取25公斤物体”。

由OpenAI投资的初创企业1X Technologies （以下简称“1X”）在今年9月初推出了专为家庭设计使用的人形机器人NEO测试版，手部具有20个自由度，能够举起重量超过自身体重两倍的物体。

特斯拉Optimus第二代最早于去年年底公开发布，其灵巧手拥有11个自由度，可以实现更精确的物体操控。与第一代Opti-mus原型机难以执行简单的操作任务相比，第二代Optimus能够完成叠衬衫、在工厂分拣物品等任务。而根据特斯拉的计划，最新一代灵巧手的自由度将增加至22个。

另一家国产人形机器人企业智元，同样已在灵巧手方面做了布局。10月16日，国家知识产权局信息显示，智元机器人已于今年6月申请了一项名为“灵巧手拇指、灵巧手和机器人”的专利。专利摘要显示，本申请涉及机器人技术领域，具体涉及一种灵巧手拇指、灵巧手和机器人，解决了具有3个自由度的灵巧手拇指无法同时兼顾关节解耦和尺寸的问题。值得一提的是，智元机器人在8月发布的新产品中灵巧手的自由度数达到19个，其中主动自由度由上一代的6个增加至12个。

此外，银河通用相关负责人向记者透露，今年以来该公司也在加快灵巧手的研发进度。

而6月斩获“日内瓦国际发明金奖”的中国科学院自动化研究所王鹏研究员团队研发的Casia Hand系列灵巧手，目前有类人自由度型、通用型和高速自适应型等三个型号。类人自由度型灵巧手具有25个关节自由度和21个驱动自由度，主要面向科研领域应用；通用型灵巧手具有15个关节自由度和7个驱动自由度，在简化结构的同时，最大程度保留了机器手的灵巧性，适用于多种应用场景；高速自适应型灵巧手具有15个关节自由度和1—3个驱动自由度，具有高速度、低成本特点，应用领域主要为工业和服务场景。

从科研到产业界，人们能够看到，灵巧手的自由度升级提速，越来越向高集成度、智能化发展。据《机器人灵巧手——建模、规划与传真》所述，人手共有24个自由度，具体包括拇指5个自由度，其中四指各4个自由度，另外还有手腕的外展、弯曲及手掌3个自由度。仅从自由度参数来看，灵巧手的主要参与者在不断向仿人手的方向努力。与此同时，灵巧手产业也在逐渐走向成熟。商业数据机构Statista的研究报告显示，全球机器人灵巧手的市场规模到2030年将增长至30.35亿美元，2021年的这一数字为11.6亿美元，预测2022年至2023年的平均年复合增长率为10.9%。

攻关难点及应用前景

灵巧手有哪些应用场景？要回答这一问题，可以从产学研界的布局方向窥见一斑。王鹏研究团队的Casia Hand系列瞄准了三个领域的需求应用，包括科研、通用泛化、工业和服务场景。基于不同场景的不同需求在关节驱动、自由度等方面有所不同。

X1、FigureAI、特斯拉等均立足于人形机器人的长期前景，即推动家用消费级市场的应用，灵巧手的性能升级，整体服务于人形机器人量产化、商用化和普及的大目标。X1创始人兼首席执行官Ber-nt Bornich表示，公司发展的目标是将人形机器人引入家庭，解决人工智能领域一些尚未解决的关键挑战。从叠衣服到建造摩天大楼，真正让机器人对所有人都变得实用。按X1的计划，2025年NEO机器人将实现数千台的量产，到2026年、2027年分别跃升至数万台、数十万台的规模。

2021年在深圳创立的帕西尼感知公司，以触觉传感器起家，目前产品线已覆盖触觉传感器、多维触觉灵巧手、触觉人形机器人等。该公司负责人向记者介绍，最新的DexH13Gen2触觉灵巧手因采用了高度仿生设计将自由度提升到了13个，能够实现如夹取、托举、焊接等单一固定功能，同时也能够模拟人手的抓取、旋转、拿捏等复杂动作。从应用场景来看，帕西尼感知科技的产品目前主要覆盖工业制造、医疗康养、商业服务、家庭服务、智驾系统和物流仓储等多个领域。

中关村智友研究院院长、北京航空航天大学机器人研究所所长王田苗教授向记者指出，当前灵巧手在技术上和成本上都面临着需要攻克的难点。从技术上来看，一是结构设计难题，灵巧手的尺寸限制要求在有限的空间内集成电机、传感器及其他必要的机械部件，这显然需要高度的集成化设计和精密的机械加工技术；二是灵巧手需要集成多个传感器，如力觉、触觉等，由此生成丰富多样的环境感知及交互数据，这些数据与操作形成闭环才能实现精准控制和操作；三是数据训练与控制的结合，涉及机器学习、人工智能等领域的技术，需要将训练数据有效地整合到控制算法中。

值得一提的是，灵巧手的应用场景不仅仅是作为人形机器人的末端执行器来使用，同时在独立使用方面也有应用场景。在王田苗看来，在现实经济社会生活中，没有“腿”，只有“两只手”，可能应用空间也会很大，比如假肢、自动化行业、航天领域等。

华安证券研报中也指出，灵巧手的性能和成本受其三大核心组件——驱动、传动和传感装置的共同影响。灵巧手研制难点可分为“灵巧”和“作业”两部分，灵巧性难题是由于灵巧手关节自由度分布、关节数量要求较高，作业能力难题则由于灵巧手需要具备更强的操作负载能力、力位（指发力的部位）精度与可靠性。灵巧手需从实际应用场景出发进行结构设计，在追求性能最优化的同时要考虑到成本效益，实现两者之间的合理折中。对于人形机器人的灵巧手，其设计必须考虑到人体工程学的尺寸要求，同时还要兼顾空间限制和重量等实际应用中的实用性因素。