編者按： 機(jī)器人能否真正「心靈手巧」，關(guān)鍵就在這最后一厘米——靈巧手。它集機(jī)械、傳感與 AI 技術(shù)之大成，突破了傳統(tǒng)夾爪的局限，正從工業(yè)工具進(jìn)化為更具自主性的「類人智能體」。

具身智能熱潮下，靈巧手也走到了臺(tái)前。星河頻率特別策劃靈巧手系列文章，深入這場(chǎng)關(guān)于「觸覺(jué)」、「操控」與「創(chuàng)造」的技術(shù)革命核心。

我們將不僅關(guān)注精巧關(guān)節(jié)背后的硬核科技，更將探討技術(shù)狂熱之下關(guān)于「能力邊界」與「人機(jī)共生」的深層思考。

我們將與所有關(guān)注未來(lái)的同行者一起，共同探索那雙「靈巧之手」所能觸及的、人機(jī)協(xié)作的終極新邊界。

往期文章：

《靈巧手「技術(shù)爭(zhēng)鋒」正當(dāng)時(shí)》

《靈巧手，人形機(jī)器人的「最后一厘米」》

《國(guó)產(chǎn)靈巧手跑出了個(gè)「四小龍」》

《借仿生手實(shí)現(xiàn)突圍，國(guó)產(chǎn)靈巧手破局「不可能三角」》

《國(guó)產(chǎn)靈巧手四大「最」?fàn)庝h，撕開(kāi)「不可能三角」》

作者｜毛心如

目前，國(guó)產(chǎn)靈巧手正在經(jīng)歷從「功能實(shí)現(xiàn)」邁向「體驗(yàn)優(yōu)化」的躍遷期。

能不能動(dòng)得靈活、靈活的同時(shí)做到能耗最小，成為靈巧手優(yōu)化的兩大關(guān)鍵方向。

影響這兩項(xiàng)指標(biāo)的核心在于傳動(dòng)方案。

傳動(dòng)系統(tǒng)在靈巧手中承擔(dān)著動(dòng)力傳遞與結(jié)構(gòu)支撐的雙重功能，如同人體的韌帶連接骨骼并傳遞肌肉力量。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)靈巧手多采用連桿傳動(dòng)方案。該方案具備雙向控制關(guān)節(jié)、堅(jiān)固耐用、易于制造與維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然而，連桿本身較厚且堅(jiān)硬，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相對(duì)冗雜笨重，柔性和抗沖擊性較差。

在電機(jī)直驅(qū)、連桿傳動(dòng)、腱繩傳動(dòng)、人工肌肉這四種靈巧手常見(jiàn)傳動(dòng)方案中，腱繩傳動(dòng)從理論和實(shí)踐上都被視為最有可能突破「不可能三角」的選項(xiàng)。

隨著特斯拉推出采用「行星齒輪箱+行星滾柱絲杠+腱繩」三級(jí)傳動(dòng)方案的第三代靈巧手，腱繩傳動(dòng)進(jìn)一步成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

智研咨詢研究顯示，2024 年中國(guó)人形機(jī)器人腱繩材料市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 553 萬(wàn)元，預(yù)計(jì) 2025 - 2029 年，市場(chǎng)規(guī)模將從 1325 萬(wàn)元增長(zhǎng)至 47368 萬(wàn)元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 144.52%。

腱繩，正成為新一輪技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

腱繩：靈巧手的「生物肌腱」

本質(zhì)上，腱繩是一種柔性傳動(dòng)介質(zhì)，通過(guò)模擬人體肌腱的力學(xué)原理，將動(dòng)力從遠(yuǎn)離執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)傳遞到靈巧手的各個(gè)關(guān)節(jié)，相當(dāng)于人手的韌帶。

它與傳統(tǒng)剛性傳動(dòng)系統(tǒng)的根本區(qū)別在于實(shí)現(xiàn)了「動(dòng)力-執(zhí)行」分離：電機(jī)可以集中布置在前臂，通過(guò)腱繩遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，大幅減輕了末端負(fù)載。

腱繩通常由高強(qiáng)度的材料如鋼絲、尼龍線或者超高分子聚乙烯等組成，通過(guò)一系列的滑輪和齒輪系統(tǒng)進(jìn)行精確的力傳遞。

當(dāng)前，主流腱繩材料分為金屬和高分子纖維兩大類。

高性能金屬纜線多應(yīng)用于部分工業(yè)場(chǎng)景，尤其在需要高溫耐受性的環(huán)境中，但其重量劣勢(shì)明顯，且反復(fù)彎折易導(dǎo)致金屬疲勞。

超高分子量聚乙烯纖維是目前最先進(jìn)的腱繩材料，其拉伸強(qiáng)度是鋼絲的 15 倍，密度僅為鋼的 1/7，耐疲勞性高，經(jīng)過(guò) 200 萬(wàn)次循環(huán)拉伸后強(qiáng)度保持率>95%，較傳統(tǒng)聚酯纖維 100 萬(wàn)次后性能衰減 30%，優(yōu)勢(shì)顯著。

從材料應(yīng)用角度看，腱繩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高效能、低成本以及良好柔性等特點(diǎn)，使其在靈巧手應(yīng)用中展現(xiàn)出天然優(yōu)勢(shì)：

空間效率：?jiǎn)胃�腱繩可驅(qū)動(dòng) 3-4 個(gè)關(guān)節(jié)彎曲，支持多指協(xié)同的復(fù)雜動(dòng)作，相比傳統(tǒng)剛性連桿結(jié)構(gòu)，自由度提升兩倍以上

輕量化突破：高分子纖維密度僅 0.97g/cm³，使靈巧手總重量減輕 30%-40%

響應(yīng)速度：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少 45%，可實(shí)現(xiàn) 0.2 秒級(jí)快速抓取響應(yīng)，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)快至少 0.3 秒

成本控制：零部件數(shù)量較齒輪組減少 70%，單自由度成本從 200 美元降至 50 美元

在傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)中，N+1 型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其高效性成為主流選擇，即驅(qū)動(dòng) N 個(gè)自由度僅需 N+1 根腱繩。

以 Optimus 單手 22 個(gè)自由度為例，其中 17 個(gè)由空心杯電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，剩余 5 個(gè)自由度通過(guò) 6 根腱繩實(shí)現(xiàn)精確控制，這種設(shè)計(jì)大幅減少了驅(qū)動(dòng)器數(shù)量，解決了靈巧手內(nèi)部空間局促的痛點(diǎn)。

盡管腱繩在仿生靈活性上優(yōu)勢(shì)明顯，但當(dāng)前技術(shù)瓶頸和行業(yè)認(rèn)知是其尚未大面積應(yīng)用的兩座大山。

從技術(shù)共性角度講，腱繩，尤其是高分子腱繩，受力時(shí)存在彈性形變和蠕變特性，長(zhǎng)期使用后因磨損或松弛需頻繁校準(zhǔn)。

其次，腱繩傳動(dòng)主要依賴腱繩和滑輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)容易變得復(fù)雜，且在大負(fù)載環(huán)境下易出現(xiàn)滑索現(xiàn)象。

作業(yè)中反復(fù)彎折會(huì)加速腱繩磨損，影響壽命、增加維護(hù)成本。高分子腱繩在高溫、化學(xué)環(huán)境下易老化，鋼絲腱繩則易疲勞斷裂，負(fù)載壽命僅數(shù)千至數(shù)萬(wàn)次，需定期更換。

此外，腱繩對(duì)溫濕度更敏感，高分子腱繩在高溫下軟化，低溫變脆；鋼絲腱繩在潮濕環(huán)境中易腐蝕，限制在工業(yè)、戶外等復(fù)雜場(chǎng)景的應(yīng)用。

從技術(shù)獨(dú)立性角度看，做一根腱繩需要經(jīng)歷三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是選絲、確定編織工藝和收卷。

選絲方面，選粗絲還是細(xì)絲，細(xì)絲選高分子還是金屬都會(huì)影響成品性能；編織工藝上，編織密度、速度、角度的不同都會(huì)帶來(lái)性能的差別；制絲設(shè)備上，則需要定制化設(shè)備來(lái)匹配編織工藝。

不同廠商在選絲、編織工藝和設(shè)備選擇上的差異，導(dǎo)致腱繩性能各異，目前高端腱繩多來(lái)自荷蘭、日本等國(guó)外廠商。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于腱繩的應(yīng)用穩(wěn)定性，以及哪家廠商能穩(wěn)定生產(chǎn)符合性能要求的腱繩，尚未形成共識(shí)。

當(dāng)下，國(guó)內(nèi)無(wú)論是鋼絲腱繩還是超高分子腱繩的價(jià)格都在幾百到近千元一米的價(jià)格，在短期成本上優(yōu)勢(shì)并不明顯。

一位腱繩材料商表示：「目前腱繩的質(zhì)量已經(jīng)能夠滿足各大靈巧手廠商的需求，行業(yè)內(nèi)的期待是把價(jià)格達(dá)到百元內(nèi)一米，只要市場(chǎng)有匹配的需求量，就可以做到�！�

腱繩在靈巧手和本體上的實(shí)際應(yīng)用

商業(yè)化靈巧手里應(yīng)用腱繩的產(chǎn)品最早可以追溯到 2004 年，英國(guó) Shadow 公司在這一年推出了首款腱繩驅(qū)動(dòng)的五指靈巧手 Shadow。

Shadow 的所有驅(qū)動(dòng)器放置在靈巧手外部，通過(guò)腱繩牽引關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，既減小了手部尺寸，又實(shí)現(xiàn)了高自由度控制，其標(biāo)準(zhǔn)版擁有 24 個(gè)關(guān)節(jié)和 20 個(gè)獨(dú)立控制的自由度。

這款靈巧手運(yùn)動(dòng)精度與人手相當(dāng)，可執(zhí)行精密裝配、微操作等任務(wù)，可以在科研、工業(yè)制造、危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

Shadow 公司后續(xù)推出的 Shadow Hand Plus、Lite 系列采用的仍然是腱繩傳動(dòng)方案。

同時(shí)，Shadow 公司應(yīng)用的腱繩方案起到了明顯的標(biāo)桿作用，在 Shadow 之后有許多國(guó)外廠家也推出了腱繩方案的靈巧手。

而真正讓腱繩這一概念在靈巧手圈「熱度飛升」的就是特斯拉 Optimus 第三代靈巧手。

該靈巧手采用 17 個(gè)執(zhí)行器與 22 個(gè)自由度設(shè)計(jì)，通過(guò)「行星齒輪箱+行星滾柱絲杠+腱繩」三級(jí)傳動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)接近人類手指的靈活性，同時(shí)電機(jī)前置手腕的設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化了關(guān)節(jié)精度。

其 22 個(gè)自由度的密度接近人手，讓 Optimus 在原有屈曲、伸展動(dòng)作基礎(chǔ)上，還能做出外展、內(nèi)收等精細(xì)動(dòng)作。

這種剛性與柔性傳動(dòng)結(jié)合的混合方案，優(yōu)化了負(fù)載與靈活性的平衡，提升了 Optimus 在抓取不規(guī)則物體、執(zhí)行復(fù)雜裝配任務(wù)時(shí)的作業(yè)效率，使其實(shí)現(xiàn)接網(wǎng)球等動(dòng)態(tài)抓取和疊襯衫等復(fù)雜操作。

除了靈巧手，國(guó)外也有廠商把腱繩應(yīng)用在全身「玩明白了」。

挪威機(jī)器人公司 1X 于 2025 年初推出的家用機(jī)器人 Neo Gamma，在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中大量應(yīng)用到了腱繩。NEO 的靈巧手擁有 20 個(gè)自由度，通過(guò)腱繩回路驅(qū)動(dòng)手指關(guān)節(jié)，每根手指由多條腱繩控制，實(shí)現(xiàn)伸展、屈曲和握力調(diào)節(jié)。

它的肩、肘、膝等關(guān)節(jié)采用「串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器」，由高扭矩電機(jī)拉動(dòng)腱繩模擬肌肉收縮，替代了傳統(tǒng)齒輪或連桿。

NEO 全身覆蓋類似肌肉的軟質(zhì)腱繩網(wǎng)絡(luò)，外覆針織尼龍材料，形成柔性外衣，在實(shí)現(xiàn)輕量化與高負(fù)載的同時(shí)，提升了運(yùn)動(dòng)安全性與柔順性。

同時(shí)，國(guó)內(nèi)也有兩家勢(shì)頭強(qiáng)勁的靈巧手廠商推出了腱繩方案的靈巧手。

第一家是靈心巧手，國(guó)內(nèi)唯一一家有能力同時(shí)商業(yè)化量產(chǎn)連桿結(jié)構(gòu)和腱繩結(jié)構(gòu)靈巧手的公司。其科研版 Linker Hand L30 采用的就是「腱繩+連桿」方案，自由度達(dá) 42 個(gè)，售價(jià) 9.9 萬(wàn)元。

連桿結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，確保穩(wěn)定性和負(fù)載能力，而腱繩結(jié)構(gòu)用于指尖和指間關(guān)節(jié)，提升靈活性和擬人性。

其每根手指都能獨(dú)立實(shí)現(xiàn) 9 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)控制，并配備 360 度自由旋轉(zhuǎn)的全驅(qū)設(shè)計(jì)。不僅能完成轉(zhuǎn)筆、盤核桃等高難度動(dòng)作，還有超越人類手指極限的 5kg 負(fù)載能力。

第二家是推出國(guó)產(chǎn)首款量產(chǎn)高自由度五指靈巧手的公司，靈巧智能。

去年 10 月，靈巧智能推出了 19 個(gè)自由度的五指靈巧手 DexHand 021，可實(shí)現(xiàn)人手 33 項(xiàng)功能動(dòng)作中的 32 項(xiàng)，壽命超過(guò) 15 萬(wàn)次，售價(jià) 9.6 萬(wàn)元。

今年推出的 DexHand021 Pro，采用雙繩驅(qū)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了手指的彎曲、伸展和雙向側(cè)擺的主動(dòng)控制，增強(qiáng)了主動(dòng)控制能力、抗干擾能力、穩(wěn)定性及被動(dòng)柔順性，不僅提升了手指的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和力控精度，而且也擴(kuò)展了單指的運(yùn)動(dòng)可達(dá)空間。

靈巧手也能成為一個(gè)獨(dú)立終端

得益于腱繩傳動(dòng)帶來(lái)的輕量化、高自由度與空間冗余，靈巧手正突破傳統(tǒng)末端執(zhí)行器的定位，向獨(dú)立智能終端進(jìn)化。

傳統(tǒng)觀念中，靈巧手常被視為人形機(jī)器人整機(jī)的末端執(zhí)行器。然而，隨著傳感技術(shù)、邊緣計(jì)算、新型驅(qū)動(dòng)和能源方案的技術(shù)發(fā)展，靈巧手正演變?yōu)橐粋�(gè)功能完備、能夠獨(dú)立運(yùn)行的智能終端硬件。

將靈巧手從人形機(jī)器人本體中解放出來(lái)，結(jié)合機(jī)械臂使其成為獨(dú)立單元，再工業(yè)、服務(wù)業(yè)擁有巨大應(yīng)用市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心在于賦予其足夠的靈活性與去中心化能力。

靈巧手獨(dú)立作業(yè)的核心在于高度集成的「微型大腦」與「神經(jīng)系統(tǒng)」——即嵌入式智能與多模態(tài)感知融合。MEMS 技術(shù)，即微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，讓高精度力矩、觸覺(jué)甚至微型視覺(jué)傳感器可以密集集成在手指關(guān)節(jié)和指尖，實(shí)時(shí)捕捉環(huán)境信息。

像戴盟機(jī)器人 DM-Hand1 靈巧手搭載自研 DM-Tac W 視觸覺(jué)傳感器，分辨率達(dá) 4 萬(wàn)感知單元/cm²，超人手百倍，但厚度僅毫米級(jí)，支持微米級(jí)空間感知，可以完成電路焊接、試劑滴管等精細(xì)任務(wù)。

奧比中光的 3D 視覺(jué)系統(tǒng)，利用 Gemini 335L/Femto Bolt 深度相機(jī)對(duì)環(huán)境進(jìn)行 3D 重建，為靈巧手提供物體識(shí)別與路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)，能夠幫助機(jī)械臂執(zhí)行沏茶、插花、滴香薰、播放音樂(lè)等一系列復(fù)雜任務(wù)。

同時(shí)，強(qiáng)大的片上系統(tǒng)或?qū)Ｓ锰幚韱卧�封裝于手掌內(nèi)，使得復(fù)雜的多模態(tài)傳感融合、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和自適應(yīng)控制算法能在本地高效運(yùn)行。

這種邊緣計(jì)算能力避免了遠(yuǎn)程處理帶來(lái)的延遲，確保了操作的即時(shí)性、穩(wěn)定性和安全性，是靈巧手獨(dú)立應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的「神經(jīng)中樞」。

物理基礎(chǔ)方面，新型智能材料驅(qū)動(dòng)與微型電機(jī)、以及高能量密度電池與低功耗設(shè)計(jì)，在提供足夠力道與靈活性的同時(shí)，大幅減小體積重量，共同為靈巧手獨(dú)立作業(yè)提供足夠動(dòng)力和續(xù)航。

作為獨(dú)立終端，靈巧手的價(jià)值不僅在于終端作業(yè)本身，它也能成為人類感知與操作的超級(jí)延伸。

操作者可通過(guò)「數(shù)據(jù)手套/外骨骼+靈巧手」組合，將物體硬度、紋理、滑動(dòng)感、指尖視覺(jué)信息等豐富的力觸覺(jué)反饋，進(jìn)行實(shí)時(shí)、高保真回傳。

當(dāng)然，靈巧手成為獨(dú)立終端硬件目前仍面臨挑戰(zhàn)：

如何實(shí)現(xiàn)超低延時(shí)的高可靠通信、如何適應(yīng)極端環(huán)境、如何在復(fù)雜任務(wù)中進(jìn)行自主決策，都是技術(shù)層面需要突破的問(wèn)題。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)極致的成本控制和達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)化共識(shí)是規(guī)模應(yīng)用的必要前提。

隨著材料科學(xué)、控制技術(shù)及系統(tǒng)集成能力的提升，靈巧手有望從單一的附加模塊，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌颡?dú)立應(yīng)用的核心硬件，為各行各業(yè)帶來(lái)更為智能與高效的解決方案。

當(dāng)靈巧手進(jìn)化為獨(dú)立、智能、可隨處部署的終端，其意義會(huì)超越技術(shù)本身，它不再僅僅是冰冷的機(jī)械末端，更將成為連接數(shù)字智慧與物理世界的橋梁，標(biāo)志著人機(jī)關(guān)系的升級(jí)——機(jī)器無(wú)縫變成為人類能力的延伸。

當(dāng)它能夠獨(dú)立、智能地部署于萬(wàn)千場(chǎng)景，將真正實(shí)現(xiàn)「讓機(jī)器為人所用」的終極技術(shù)愿景。

       原文標(biāo)題 : 腱繩：靈巧手打通“靈巧”的下一個(gè)破局點(diǎn)