机器人行业专题分析：机器人灵巧手的发展历程及未来发展方向探讨

本篇报告聚焦机器人灵巧手，主要探讨灵巧手的演变历程、分类方式以及未来有可能的发展方向。

本篇报告聚焦机器人灵巧手，主要探讨灵巧手的演变历程、分类方式以及未来有可能的发展方向。

什么是机器人灵巧手？ 

综合机器人学和运动学理论，我们认为灵巧手是指数不少于 3，自由度不低于 9 的末端执行器。

从技术角度看，自 20 世纪 70 年代以来，多指灵巧手的研究经历了三个阶段：（1）20 世纪 70 年代——20 世纪90 年代，灵巧手开始搭载电机、腱绳等驱动器或传动系统部件，可以完成基本的抓持等动作。（2）20 世纪 90 年代-2010 年，受益嵌入式硬件的发展，灵巧手具备更高的系统集成度和更加丰富的感知能力。（3）2010 年至今，通过欠驱动等结构设计来简化系统、提高鲁棒性是近十年灵巧手设计的重要方向。

机器人灵巧手有哪些类型？ 

根据驱动器位置分为驱动器内置、外置和混合置灵巧手，内置微型驱动器有望成发展方向。（1）驱动器外置具有外观设计拟人化、驱动器选型自由、可以采用更大的驱动电机等优势，但存在驱动器与手本体距离远，须借助腱绳连接、可维护性差等缺点。（2）驱动器内置利于传感器直接测量、利于更换维护，但通信和控制难度大，灵巧手尺寸偏大，关节灵活度下降。（3）驱动器混合置可以提高手指输出力矩、控制体积大小，但仍需借助腱绳传动。因此，在灵巧手内安装微型驱动器，既能保证传感器直接测量，又能减少灵巧手体积，有望成为未来发展方向。

根据驱动器类型分为电机驱动、气压驱动、液压驱动和形状记忆合金驱动，电机驱动是主流。（1）电机驱动具有标准化、稳定可靠、精度高、响应快、驱控一体等优势，是灵巧手主要驱动方式，缺点在于质量体积大、成本高。（2）气压/液压驱动灵巧手具有输出功率密度大、易于实现远距离控制以及输出力大等优点，但由于气压/液压的控制相对较难导致灵巧手运动过程不平稳，无法进行手指位置的精确控制。（3）形状记忆合金具有驱动速度快、负载能力强等优势，但存在疲劳和寿命问题。

根据传动方式分为腱传动、连杆传动、齿轮/蜗轮蜗杆传动。（1）腱传动对手指关节远距离驱动，可以减小手指的尺寸，具有结构紧凑、研制灵活等优势，缺点在于控制精度不高、抓取力不大，腱绳易磨损。（2）连杆传动易于实现强力抓取、迟滞性较低，传动精确，但传动机构复杂，对零部件的制造精度要求高且拟人性不足。（3）齿轮/蜗轮蜗杆传动较为精密、传递效率高、稳定性好，但存在结构复杂，使灵巧手的惯性增大、自重增大的缺点。

灵巧手未来有哪些发展方向？ 

方向 1：内置微型驱动器：可以避免因腱绳连接带来的设计难度大的缺点，同时利于传感器直接测量，方便维修。

方向 2：多感知能力融合：利于提高灵巧手精细抓取能力和智能化水平，是未来灵巧手发展的另一重要方向。

方向 3：多自由度：自由度是灵巧手灵巧性的决定因素，提升自由度是未来灵巧手的又一发展方向。