中国机器人，天工出“巧手”|机器人_新浪财经

转自：瞭望东方周刊

让机器人完成日常生活中的各种“灵巧操作”，将成为具身智能时代真正到来的标志。

作为人形机器人关键组件的灵巧手产业，正迎来前所未有的发展机遇

倒咖啡、运货物、弹钢琴、在车间做精细检测和分拣……在技术突破与市场风口的双重驱动下，人形机器人整机以及上下游零部件企业大量涌现。作为人形机器人关键组件的灵巧手产业，正迎来前所未有的发展机遇。

所谓“灵巧手”，是近年来兴起的人形机器人产业链中极其关键的细分方向。人类的手通常被认为具有27个自由度，手部自由度越高，越能做出更加复杂精细的动作。“机器人是自动化的‘最后一公里’，灵巧手则是机器人的‘最后的一厘米’。”清华大学计算机科学与技术系教授、智能技术与系统国家重点实验室副主任孙富春说。

当地时间11月28日，特斯拉机器人发布其机器人“擎天柱”（Optimus）的最新动态：“擎天柱”可以稳稳地接住迎面抛来的网球并放下。据悉，该机器人手部有22个自由度，手腕/前臂有3个自由度。

“我们自主研发的LinkerHand系列灵巧手最高拥有42个自由度，超越了世界领先产品Shadow Hand的26个自由度，是当下全球自由度最高的商用灵巧手产品。每根手指最高可独立拥有7个自由度，甚至超越了人类手指的自由度。”灵心巧手（北京）科技有限公司（以下简称“灵心巧手”）创始人周永告诉《瞭望东方周刊》。

人形机器人要真正商业化落地，就要拥有类人能力。高精度、高复杂度的手部操作，直接决定了人形机器人的实用价值。“灵巧手是进入具身智能新纪元的关键，甚至可以说是开启具身智能时代的钥匙。”周永说，业内预计，2030年人形机器人灵巧手全球市场空间约568亿元。

性能更好，价格更低

“目前,大多公司所做的人形机器人，通常只是在做演示、打招呼时使用灵巧手，到了执行具体任务，都会切换成二指夹爪。”周永说，而且大部分灵巧手的自由度较低，通常仅6个自由度，只能实现手指内收，不能实现侧摆，动作捕捉、数据同步等也存在难题。

人形机器人要完成抓、握、捏、拧、旋转等不同动作，才能满足多元化场景需求，而夹爪、吸盘等显然无法实现这些类人精细操作。

“要完全映射人类动作，灵巧手的自由度至少需要达到20个以上，而且多传感器要能感知到位、力、触、摸。换句话说，实用的灵巧手要类似‘六边形战士’，实现高自由度、多传感器、数据采集、自研微型电机、抗冲击防摔打，还要有高性价比。”周永说，“我们的灵巧手主动自由度在12-42个之间，单指的自由度从2个到7个不等。这是目前首款高自由度、可360度自由旋转的灵巧手，技术稀缺性很强，产品核心性能指标数倍领先于同行。”

除了高自由度，该灵巧手还配备了先进的多传感器系统，包括高精度摄像头和电子皮肤等。其电子皮肤不仅能够精确捕捉接触物体的三维力、纹理和温度差异，还具备接近觉能力——能在未直接接触物体前预测和感知物体的存在和距离。

“我们自研的微型谐波关节／多模态传感器/柔性一体化结构设计，使得灵巧手的成本大幅降低，量产后还有巨大降本空间。”灵心巧手市场总监张延柏告诉《瞭望东方周刊》。“在与英国Shadow Robot公司生产的 Shadow Hand的直观对比中，Linker Hand可以实现10倍以上的耐用，目前Shadow Hand价格折合人民币约105万元，灵心巧手产品在国内市场的价格不到5万元，是Shadow Hand的1/20。”周永说，价格优势意味着更多的研究者和开发者能够负担得起这一先进设备，从而加速具身智能领域的研究进程。

随着技术的不断成熟，灵巧手正在从实验室走向更广阔的应用领域。“最早我们是聚焦在助老、康养、美妆等场景，这些领域的需求具有‘高难度、高门槛、痛点足’的特点，能够充分展现技术实力。”张延柏说，“以化妆机器人为例，首先要能感知，理解用户需求，随即做出决策，生成好看、合适的化妆方案，执行方面要求精准地、既稳又快地完成化妆动作。化妆动作对软硬件的精度和防抖要求极高，由于近距离接触人体，对安全的要求也极高。”

“上海交通大学今年6月研发出了机器人的刮胡子功能，而我们研发化妆场景已经超过两年。”张延柏说，“现在我们的灵巧手Pro版本，以其20个主动自由度的合理配置，被业界广泛认为是具身智能研究的优选方案。这一产品被英国剑桥大学等众多顶尖高校实验室采用，成为首个在复杂具身智能研究领域实现落地的国产创新产品。”

除了科研领域，Linker Hand灵巧手在医疗康复、美容化妆、教育培训、工业自动化等领域也展现出巨大的应用潜力。比如，中医诊疗方面，灵巧手的精细操控能力使其有望应用于中医推拿、针灸等传统治疗方法的自动化；服务机器人方面，具备灵巧手的服务机器人有望完成更复杂的家务工作，如整理衣物、准备食物等；工业自动化方面，高精度、高灵活性的灵巧手可以用于精密零件的组装、检测等任务。

眼下，中科院自动化所、清华大学等多家科研机构和高校都在积极研发灵巧手。中科院自动化所的神经拟态灵巧手机器人，更是拥有25关节自由度和21驱动自由度，具备指尖仿人触觉感知能力以及93个多模态传感功能。值得一提的是，该团队还研发出负载7kg的灵巧手，并计划将负载能力提升到15kg以上。

人脑控制仿生手

只需要花30分钟采集个人的肌电信号并生成人工智能模型，一位手部残疾的用户就能轻松控制仿生手。

“戴上仿生手后，它能够接收到手部运动产生的生物电信号，并通过后端数据计算和前端机械控制，实现残疾人大脑意识中的手部动作，包括抓握、侧捏、击掌、托、提、扣扳机、使用鼠标等。”上海傲意信息科技有限公司（以下简称“傲意科技”）技术总监何斌介绍说，“具体流程是：用户回忆这些动作所对应的肌肉动作并执行，贴于皮肤表面的传感器捕捉到生物电信号并转化为数字信号；数字信号被传输到后台，用于训练AI模型；AI模型训练完成，用户的动作就能被AI所识别，通过机械传动，反馈到机械手上。”

支持仿生手做出各种灵巧动作的是傲意科技自主研发的三大底层技术——肌电传感阵列、人工智能模式识别算法和手势动作引擎。

何斌2018年加入傲意科技，那时智能仿生手的原型机刚刚完成研发，他的工作是对新研发的仿生手原型机进行改进。比如，如何保证拥有280多个零件的仿生手可靠地运行？如何精确识别用户的意念？如何减低使用过程中的延时？如何让仿生手更容易使用？

除了工程难题，研发仿生手还必须考虑市场情况。“2018年，市面上的仿生手主要是国外品牌，价格昂贵，动辄几十万元，普通人难以消费得起。”何斌说。

“每根机械手指都需要一个微型减速电机来驱动，因此一只手需要5个电机。原本傲意科技使用的是德国电机，其价格昂贵且供货周期很长，难以满足量产需要。”因此，何斌决定自己设计电机，并与国内供应商合作进行制造加工，制造更具性价比的仿生手。

2019年，傲意科技仿生手V1.0版本推向市场，并成功将价格降至国外同类产品的1/5。“目前，我们的仿生手销售量已经稳居全国前三，在海外用户中也广受欢迎。”何斌说。

2024年9月，在第二十四届中国国际工业博览会上，傲意科技首次公开展示了其在脑机接口控制技术领域的最新成果——将脑电信号控制技术应用于自主研发的灵巧手，实现了人脑与机器设备之间的直接交互。

“我们的灵巧手是模拟人体手部运动的高灵敏度末端执行装置，由手掌、手腕、五个手指、电机、传动部件等部分组成。五个手指可以单独运动，在外部命令下可以做出不同的动作。共有11个运动关节，内置6个电机驱动器和电机控制电路，具有6个主动自由度，指尖承载力可达10公斤，可完成抓握、侧捏、握手等手势动作。”何斌介绍，“这款仿生手应用领域非常广泛，可用于人形机器人、机器人末端执行器、通用型自动化生产线，也能直接用于残疾人假肢设备，帮助残疾人重拾自理能力。”

“脑机接口技术的进步，为灵巧手乃至整个人形机器人领域的发展注入了全新活力。”在博览会现场，业内人士评价说。

手比足难

“从操作复杂性角度分析，对人形机器人来说，业内公认的观点是‘手’比‘足’难。”戴盟机器人董事长、首席科学家王煜说。

“很多年前，预编程控制的夹爪或机械手就已广泛应用于工业自动化领域，这种‘基础版’的手，技术难度相对不大。但我们希望人形机器人有一双感知反馈的灵巧手，通过‘高级版’的手，提高生产效率、保障作业安全、扩展可完成任务的能力边界、达到或超越人类的操作技能——这是人形机器人的核心价值。”王煜说。

戴盟人形机器人Sparky 1搭载灵巧手，可以做焊接电路板的“技术工人”，也能化身为滴试管的“实验助手”、熨衣服的“家庭保姆”、倒酒的“餐厅服务员”。

智元机器人SkillHand灵巧手是智元自研用于“远征A1”机器人的产品。整手外观略小于正常成年男性手，具有拟人的外观和功能，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。

“灵巧手的能力不是单一的、线性的，而是基于不同环境下的不同能力，这和跑、跳机器人有所不同。当跑、跳机器人的足和地面接触时，机器人的首要任务是在完成动作时保持平衡，避免跌倒。而机器手的任务则复杂得多——通过手指和物体的互动，使得物体产生一定的运动和轨迹，并能够在一定的环境下达到一定的位置，比如拧螺丝，既要拧上去，又要拧紧。这不仅要控制手的稳定，还要通过手施加的力使得物体之间相互作用，所以‘手’和‘足’的任务需求不同，技术要求也不同。”王煜解释说。

“过去30年，机器人的研究问题主要包括移动、操作、图像理解三个方面。最近十几年，机器人在硬件、动力学控制、图像处理上都取得了长足进步。而人形机器人的发展，主要就是把移动、操作、图像理解最终落实到一个拥有自主执行的智能机器人身上。”王煜说，最近三四年，人形机器人实现了一个新的巨大突破，即具身智能。至此，机器人可以通过大数据、深度学习、大语言模型等方法，实现和外界互动，并且能够理解指令的真实含义，分析自身所处场景，最终完成一系列任务操作。

“人形机器人行业已基本解决了动力学的问题，特别是MPC控制方法（模型预测控制）的应用，使得现在机器人‘足’的能力已经比较稳定，可以在复杂的、不可预估的地面上行走，比如冰、雪路面，楼梯等。”王煜说。

为什么说“手”比“足”难？王煜解释说：“过去我们通过编程来实现移动和操作，但这并不适用于灵巧操作，因为无法把所有的事情都变成事先写好的程序。灵巧手接触到物体时的反馈至关重要，如何扩大相关数据集，如何提升数据集的质量，灵巧手的发展就卡在主动反馈的相关问题上。”王煜说，“戴盟机器人采用自主研发的‘视觉-触觉-语言-动作端到端’多模态模型集成技术来解决这些难题。”

2024年6月28日，在帕西尼感知科技（深圳）有限公司的实验室，工作人员测试人形机器人TORA-ONE的手指抓握能力（毛思倩/摄）

“搭建数据集也是灵心巧手当下的重点任务。我们正在搭建并持续完善全球灵巧操作最大的数据集，这个数据集包含了大量的人手操作数据，涵盖各种复杂的抓取和操作任务。云端智脑让一个模型能在多个不同的机器人上工作，云端智脑学习的新任务越多，就越擅长学习和解决额外的新任务。”周永说，庞大的数据集不仅能为灵巧手的控制算法提供训练资源，也有望成为行业标准，推动整个具身智能领域的发展。

“具身智能的下一步方向，是多模态感知和交互算法。让机器人完成日常生活中的各种‘灵巧操作’，将成为具身智能时代真正到来的标志。”周永说。