機(jī)器人靈巧手行業(yè)市場(chǎng)分析

機(jī)器人靈巧手行業(yè)市場(chǎng)分析1靈巧手是人形機(jī)器人重要的運(yùn)控交互部件，近年來海內(nèi)外研究進(jìn)展加速1.1靈巧手是機(jī)器人的新型末端執(zhí)行器，在運(yùn)控交互中起關(guān)鍵作用靈巧手是機(jī)器人的一種新型末端執(zhí)行器。一般而言，機(jī)器人與環(huán)境交互的方式主要包括：移動(dòng)行走、視覺等信息的獲取、決策的執(zhí)行輸出。末端執(zhí)行器(EndEffector)是機(jī)器人執(zhí)行部件的統(tǒng)稱，一般安裝于機(jī)器人腕部的末端，是直接執(zhí)行任務(wù)的裝置。末端執(zhí)行器作為機(jī)器人與環(huán)境相互作用的最后環(huán)節(jié)與執(zhí)行部件，對(duì)提高機(jī)器人的柔性和易用性有著極為重要的作用，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個(gè)機(jī)器人的工作性能。靈巧手以人手的結(jié)構(gòu)和功能為模仿對(duì)象，在機(jī)器人與環(huán)境的交互中起著關(guān)鍵作用。“靈巧”指的是手的姿勢(shì)可變性，這種可變性越高，則認(rèn)為手就越靈巧。機(jī)器人靈巧手從結(jié)構(gòu)和功能上參考人手，能夠靈活操作對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的靈活抓取，滿足多種工作需求。多指靈巧手最普遍的手指數(shù)目為3-5個(gè)，各手指具有3個(gè)關(guān)節(jié)，手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)副都是采用轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩指夾持器：是抓持物體進(jìn)而操控物體的裝置，模仿的是手指的夾持運(yùn)動(dòng)。它能夠在執(zhí)行某些動(dòng)作的同時(shí)夾住和松開目標(biāo)物體。應(yīng)用于機(jī)器人的末端夾持器一般采用電機(jī)或氣缸作為驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)原理以多連桿機(jī)構(gòu)和氣缸為主。例如德SCHUNK公司的氣動(dòng)平行爪夾持器、FESTO公司的氣動(dòng)夾持器、亞德客手指氣缸等。多指抓持手：一般為三指或者四指抓持手，主要包括聯(lián)動(dòng)型抓持手、多關(guān)節(jié)手指抓持手、軟體多指抓持手等，其基本原理與前述兩指夾持器一樣，由多連桿驅(qū)動(dòng)或氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)多指的同步運(yùn)動(dòng)。例如RighthandRobotics公司的ReFlexTakkTile三指手、蘇州鈞舵機(jī)器人有限公司的均巧三指手、德國(guó)SCHUNK公司的3-fingergripperhandSDH等。多指靈巧手：機(jī)構(gòu)形式是多指多關(guān)節(jié)，并且最普遍的是手指數(shù)目為3～5個(gè)，各手指具有3個(gè)關(guān)節(jié)，手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)副都是采用轉(zhuǎn)動(dòng)副。靈巧手主要的驅(qū)動(dòng)方式包括4種：液壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)。如日本“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”的Okada靈巧手、美國(guó)斯坦福大學(xué)研制成功了Stanford/JPL靈巧手、美國(guó)麻省理工學(xué)院和猶他大學(xué)聯(lián)合研制的Utah/MIT靈巧手等。1.2靈巧手是機(jī)器人研究的重要課題，近年來國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展加速自20世紀(jì)70年代起，國(guó)內(nèi)外對(duì)靈巧手展開了大量研究，從三指到五指，從工業(yè)到生活，從簡(jiǎn)單的抓取到靈巧操作，以期解決復(fù)雜的實(shí)際作業(yè)問題。海外靈巧手研究歷經(jīng)了50余年的發(fā)展，從開始簡(jiǎn)單的機(jī)械手發(fā)展成現(xiàn)在的高科技人形仿生靈巧手。(1)20世紀(jì)70年代，日本“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”研制出了Okada靈巧手，該靈巧手具有3個(gè)手指和一個(gè)手掌，拇指有3個(gè)自由度，另外兩個(gè)手指各有4個(gè)自由度，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和肌腱傳動(dòng)方式。(2)20世紀(jì)80年代，美國(guó)斯坦福大學(xué)研制成功Stanford/JPL靈巧手，該手有3個(gè)手指，每指各有3自由度，采用12個(gè)直流伺服電機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，采用腱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；美國(guó)麻省理工學(xué)院和猶他大學(xué)聯(lián)合研制Utah/MIT靈巧手，該手具有完全相同的4個(gè)手指，每個(gè)手指有4個(gè)自由度，為后續(xù)仿人型多指靈巧手研究建立了理論基礎(chǔ)。(3)20世紀(jì)末，隨著嵌入式硬件的發(fā)展，多指靈巧手的研究向著高系統(tǒng)集成度和豐富的感知能力提升的方向發(fā)展，進(jìn)入了快速發(fā)展階段。(4)近年來，高度系統(tǒng)集成的靈巧手具有靈活性和功能性的優(yōu)勢(shì)，但是復(fù)雜的系統(tǒng)導(dǎo)致了高額的制造成本并且降低了系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。因此近10年，多指靈巧手設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向是簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高魯棒性。國(guó)內(nèi)靈巧手的研究則是隨著國(guó)外研究的不斷推進(jìn)。在2000年左右國(guó)內(nèi)一些機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)和部分高等院校相繼開展了機(jī)器人多指靈巧手的研究工作。(1)2001年，哈工大（HIT）聯(lián)手德國(guó)宇航中心（DLR）共同研發(fā)了一種利用齒輪以及連桿傳動(dòng)的HIT/DLR靈巧手。DLR有4根手指，每根手指有3個(gè)自由度。指尖部分采用多連桿耦合機(jī)構(gòu)，基礎(chǔ)關(guān)節(jié)的2個(gè)自由度通過差動(dòng)機(jī)構(gòu)耦合來完成。(2)2005年，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所仿照Stanford/JPL手研制出了BH3為3指9自由度靈巧手。BH靈巧手主要用于多指手的操作理論研究；通過數(shù)據(jù)手套可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。最新一代靈巧手BH-985，其具有5個(gè)手指，外形尺寸約為人手的1.5倍，質(zhì)量小于1.5kg，采用內(nèi)置的Maxon直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用齒輪、連桿和鋼絲傳動(dòng)。(3)2022年5月23日，DoraHand是由中國(guó)深圳的Dorabot公司設(shè)計(jì)的模塊化靈巧手。鑒于其5mm的厚度，指尖可以在一些狹小的空間中使用。為了提供類似人類的能力，這款手配備了一個(gè)高度敏感的0.3mm薄膜力傳感器，作為觸覺傳感器，可同時(shí)感知力和位置。(4)2022年，北京Inspire機(jī)器人科技公司研發(fā)的靈巧手。它有5個(gè)手指、6個(gè)自由度和靈活的抓取能力，大小接近人類的手。拇指手指有2個(gè)自由度，而其他手指只有1個(gè)自由度。6個(gè)帶有肌腱的微型線性致動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)手指。這款靈巧手的效率很高，可以用于假肢、服務(wù)機(jī)器人和教學(xué)等領(lǐng)域。(5)2023年4月25日，騰訊RoboticsX實(shí)驗(yàn)室公布最新機(jī)器人研究進(jìn)展，首次展示在靈巧操作領(lǐng)域的成果，推出自研機(jī)器人靈巧手TRX-Hand和機(jī)械臂TRX-Arm。其中，靈巧手TRX-Hand擁有像人手一樣靈活的操作能力，可適應(yīng)不同場(chǎng)景，靈活規(guī)劃動(dòng)作，自主完成操作。而機(jī)械臂TRX-Arm針對(duì)人居環(huán)境自主研發(fā)，擁有七自由度和擬人的特性，具有運(yùn)動(dòng)靈巧、爆發(fā)力強(qiáng)、觸控一體以及柔順安全等特點(diǎn)。1.3目前學(xué)術(shù)上的研發(fā)方向及難點(diǎn)雖然靈巧手的應(yīng)用需求凸顯并日趨旺盛，這些需求也引領(lǐng)著機(jī)器人多指靈巧手的研發(fā)方向和發(fā)展趨勢(shì)，但目前的技術(shù)和產(chǎn)品依然存在諸多問題和挑戰(zhàn)，亟待解決。1.深度仿生：多指靈巧手最初是從結(jié)構(gòu)，特別是外形上進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)。隨著更多更復(fù)雜的應(yīng)用功能需求提出，研究人員逐漸開始從人手內(nèi)在結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)原理等方面思考其仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并逐步延伸到復(fù)合材料、智能材料的研制和設(shè)計(jì)，智能材料的研究又反過來影響多指靈巧手的仿生設(shè)計(jì)；同時(shí)，對(duì)于人手操作過程的研究，也應(yīng)屬于機(jī)器人多指靈巧手仿生研究的重要范疇，會(huì)在很大程度上決定多指靈巧手的仿生程度并成為一個(gè)重要的衡量指標(biāo)。2.柔性感知技術(shù)：由于人手結(jié)構(gòu)精巧復(fù)雜、功能多樣、感覺豐富，實(shí)現(xiàn)仿生的機(jī)器人靈巧手必然需要像人類皮膚一樣能夠感知豐富信息的柔性感知技術(shù)和傳感器。靈巧手觸覺傳感器用于實(shí)時(shí)傳輸與物體的接觸信息，目前還面臨著幾個(gè)巨大的挑戰(zhàn)需要克服。（1）理解高級(jí)語(yǔ)義信息。機(jī)器人需要從低級(jí)感官數(shù)據(jù)中提取任務(wù)需求和人類偏好等高級(jí)語(yǔ)義信息，首先要知道被操作的對(duì)象是什么，需要進(jìn)行什么樣的操作，即任務(wù)要求。（2）跨模態(tài)算法，不同的感覺模式間的知識(shí)傳遞。人類不是通過單一的感官形態(tài)來探測(cè)物體，而是通過多種感官整合信息，例如觸覺/味覺/視覺/聲音信息等都可以幫助人類理解物體。例如，視覺數(shù)據(jù)提供的幾何屬性，與觸覺數(shù)據(jù)提供的物理屬性(如重量或硬度)是互補(bǔ)又共存的，整合多種感知模式的傳感器可以解決單一傳感器的局限性，并獲得更加豐富的環(huán)境信息，但對(duì)不同模態(tài)信息建立統(tǒng)一的特征表示和關(guān)聯(lián)關(guān)系的方法仍需進(jìn)一步探索。(3)探索中的安全性問題。在機(jī)器人手與物體的物理交互和觸覺探索過程中，需要保證機(jī)器人手及其周圍環(huán)境的安全。一方面，要及時(shí)采集觸覺信號(hào)并傳遞給控制器的同時(shí)，也需要有避免不必要傷害的能力。另一方面，由于對(duì)象模型是未知的，機(jī)器人可能會(huì)違反一些關(guān)鍵的約束。如果在勘探過程中發(fā)生意外損傷，具有一定的自愈能力和拉伸能力可以保證系統(tǒng)的安全性。(4)提升觸覺傳感器的靈活性。因?yàn)槭值谋砻嫱ǔＪ遣灰?guī)則的，與剛性傳感器相比，柔性傳感器更容易與手的表面集成柔性傳感器可以放置在整個(gè)手掌表面，而不是指尖，接觸信息更加豐富。觸覺傳感器的其他性能也需要進(jìn)一步提高，如自愈能力和自功率。具有自修復(fù)能力的觸覺傳感器可以提高其對(duì)非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)能力。3.成本控制：現(xiàn)有的機(jī)器人多指靈巧手的銷售價(jià)格普遍較高。例如：哈爾濱工業(yè)大學(xué)-德國(guó)宇航中心合作開發(fā)的HIT/DLR靈巧手售價(jià)在90萬(wàn)元人民幣以上，ShadowDexterousHand報(bào)價(jià)約30萬(wàn)美元，德國(guó)SCHUNK公司的SVH五指手報(bào)價(jià)70萬(wàn)元人民幣以上。高昂的價(jià)格是推廣應(yīng)用一大障礙，許多多指手產(chǎn)品也僅僅在科研實(shí)驗(yàn)室里用于科學(xué)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)開發(fā)。近年來，各類科研機(jī)構(gòu)開始投入研發(fā)低成本的機(jī)器人多指手，從材料、加工方式、驅(qū)動(dòng)器件、感知器件等方面進(jìn)行低成本化設(shè)計(jì)和制造，開發(fā)了一些樣機(jī)，但其靈活性、感知豐富性和可靠性等指標(biāo)普遍較低。所以，如何在性能和成本之間取得合理的平衡也是值得研究的課題。4.新材料的應(yīng)用:大部分靈巧式機(jī)械手的研究都是通過骨架結(jié)構(gòu)以及橡膠等其他軟體材料來模擬人手的外形。對(duì)于抓/握/捏/擰等日常手部動(dòng)作來說，雖然可以有效進(jìn)行，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中依然存在著包絡(luò)性、靈活性和穩(wěn)定性差等問題。如果要保持靈巧性和抓取的穩(wěn)定性，根據(jù)仿生學(xué)對(duì)生物機(jī)體環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、高效能、身體結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)進(jìn)行模擬及研究,開發(fā)出一種新型材料并用于靈巧式機(jī)械手的研發(fā),可最大化生物優(yōu)勢(shì)。目前，中外通過研發(fā)還原肌肉纖維、結(jié)構(gòu)組織等已在拾取裝置實(shí)際使用中獲得較好的效果。2機(jī)器人靈巧手的分類與商業(yè)化應(yīng)用2.1機(jī)器人靈巧手的分類機(jī)器人靈巧手作為一種新型的末端執(zhí)行器，在機(jī)器人與環(huán)境的交互中起著關(guān)鍵作用。根據(jù)自由度數(shù)量、驅(qū)動(dòng)方式、機(jī)械傳動(dòng)形式以及感知技術(shù)的不同，靈巧手可以分為若干類型。2.1.1自由度數(shù)量機(jī)器人靈巧手從結(jié)構(gòu)和功能上參考人手，能夠靈活操作對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的靈活抓取，滿足多種工作需求。手指擁有兩種運(yùn)動(dòng)形式，通過各指節(jié)旋轉(zhuǎn)副的屈曲/前伸運(yùn)動(dòng)以及通過手指末端球形副的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)。我們暫且定義每根手指屈曲的方向?yàn)镻itch，側(cè)擺的方向?yàn)镽oll，那么對(duì)于Pitch方向的自由度，每根手指都有3個(gè)，共15個(gè)，對(duì)于Roll方向的自由度，大拇指有2個(gè)自由度，其余手指各1個(gè)，共6個(gè)。整手通過這21個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜多變的人手運(yùn)動(dòng)形式。由于真實(shí)人手的高自由度、結(jié)構(gòu)緊湊、復(fù)雜等特征，絕大多數(shù)機(jī)械手都無(wú)法完美復(fù)制人手的功能，其設(shè)計(jì)和功能都是在某些特定場(chǎng)合和功能要求下的簡(jiǎn)化和權(quán)衡。根據(jù)嚴(yán)璽《仿人靈巧手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制研究》，在通常情況下，靈巧手只需要3根3自由度的手指即可完成大多數(shù)任務(wù)。根據(jù)自由度與驅(qū)動(dòng)源數(shù)量，可將靈巧手分為全驅(qū)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)兩大類。全驅(qū)動(dòng)靈巧手驅(qū)動(dòng)源的數(shù)量與被控制靈巧手的自由度數(shù)量相等，欠驅(qū)動(dòng)靈巧手被控制的自由度多于驅(qū)動(dòng)源的數(shù)目，缺少驅(qū)動(dòng)源的部分則進(jìn)行耦合隨動(dòng)。2.1.2驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，是系統(tǒng)輸出力的保證。靈巧手的驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)驅(qū)動(dòng)器是否布置在手指內(nèi)分為兩種：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置與驅(qū)動(dòng)器外置。早期的多指靈巧手一般將驅(qū)動(dòng)器外置，主要是受驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)尺寸影響，難以嵌入手指內(nèi)。隨著材料、工藝技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器的尺寸逐漸減小，機(jī)器人多指靈巧手逐漸走向驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置很難做到驅(qū)動(dòng)整根手指，于是混合式多指靈巧手的概念就出現(xiàn)了，即驅(qū)動(dòng)器外置和內(nèi)置相結(jié)合的方式，進(jìn)一步提高手指的輸出力矩，保證較高自由度的同時(shí)，控制體積大小。驅(qū)動(dòng)源是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)源性能決定了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)性能。目前，主流的驅(qū)動(dòng)源有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)。(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)：目前多指靈巧手的主要驅(qū)動(dòng)方式，具有驅(qū)動(dòng)力大、控制精度高、響應(yīng)快、模塊化設(shè)計(jì)、易于更換維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但是電機(jī)本身固有的體積較大等缺陷，導(dǎo)致無(wú)論是外置還是內(nèi)置，都會(huì)占用較大的物理空間，并且市場(chǎng)上很難匹配到通用電機(jī)。(2)液壓驅(qū)動(dòng)：液壓驅(qū)動(dòng)式機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由液動(dòng)機(jī)、伺服閥、油泵和油箱等組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成任務(wù)，常被用于工業(yè)機(jī)械手中，適合大型抓取作業(yè)。液壓驅(qū)動(dòng)能獲得較大的工作力，能帶動(dòng)較大的負(fù)荷，但體積大，成本高，容易被污染。(3)氣壓驅(qū)動(dòng)：基于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的靈巧手是近年來的研究熱點(diǎn)，它是比較接近人體肌肉驅(qū)動(dòng)的一種方式。氣壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)在于操作方便、質(zhì)量輕巧、動(dòng)作迅速、價(jià)格適中、維護(hù)簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)在于可操作性不強(qiáng)，軌跡精度不夠。(4)形狀記憶合金(SMA)：形狀記憶合金是美國(guó)海軍在研究時(shí)無(wú)意發(fā)現(xiàn)的一種金屬材料，之后更多種類的SMA被大量研發(fā)。其中，Ni-Ti形狀記憶合金的性能較為優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)適合小型、高精度機(jī)器人裝配作業(yè)，它可以進(jìn)行負(fù)載驅(qū)動(dòng)快速反應(yīng)，且位移大，變位迅速，但其無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作，并且疲勞強(qiáng)度較低。2.1.3機(jī)械傳動(dòng)形式機(jī)器人靈巧手傳動(dòng)系統(tǒng)把驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)合力以一定的方式傳遞到手指關(guān)節(jié)，從而使關(guān)節(jié)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)器密切相關(guān)。雖然驅(qū)動(dòng)源是影響靈巧手體積重量的重要因素，但是抓取穩(wěn)定性和靈活性等重要指標(biāo)取決于傳動(dòng)系統(tǒng)。靈巧手的主要傳動(dòng)方式有腱傳遞、連桿傳動(dòng)和齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)。線繩驅(qū)動(dòng)是目前靈巧手研究中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)方式；齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用比較廣泛；連桿傳動(dòng)多用于工業(yè)和商業(yè)用途，多個(gè)連桿串并聯(lián)混合的使用形式較為常見。2.1.4感知技術(shù)機(jī)器人靈巧手的感知技術(shù)可以分為內(nèi)部感知和外部感知。靈巧手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如位置、速度、加速度等均屬于內(nèi)部感知檢測(cè)的范圍，外部感知?jiǎng)t針對(duì)于周圍環(huán)境的信息檢測(cè)，外部環(huán)境信息的復(fù)雜多樣性增加了檢測(cè)的難度。內(nèi)外部傳感器提供了對(duì)手部位置、姿態(tài)、物體位置和力度的準(zhǔn)確測(cè)量，為靈巧手的操控提供了必要的反饋信息。然而，要實(shí)現(xiàn)像人類皮膚一樣的復(fù)雜和柔性結(jié)構(gòu)并保持優(yōu)良的感知功能依然很困難，因此，電子皮膚的研究將會(huì)是靈巧手感知技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)問題。（1）內(nèi)部傳感器運(yùn)動(dòng)傳感器：在靈巧操作過程中，運(yùn)動(dòng)傳感器用于測(cè)量機(jī)器人手的關(guān)節(jié)角度、電機(jī)位移等。對(duì)于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析而言，這兩類信息都是必不可少的。更精確的關(guān)節(jié)角度信息可以減少指尖的運(yùn)動(dòng)誤差。兩種常見的運(yùn)動(dòng)傳感器為位置傳感器（PositionSensor）和彎曲傳感器（BendSensor）。力/力矩傳感器：力/扭矩傳感器提供機(jī)械手的動(dòng)態(tài)信息，動(dòng)態(tài)信息是機(jī)械手進(jìn)行穩(wěn)定的靈巧抓取和操作的必要條件。因此，力/扭矩傳感器對(duì)于與未知物體進(jìn)行交互至關(guān)重要，無(wú)論在操作安全性還是自主性方面都是如此。對(duì)于機(jī)械手和機(jī)器人手而言，關(guān)節(jié)處通常都配備有關(guān)節(jié)扭矩傳感器。（2）外部傳感器接近覺傳感器：在抓取或操縱物體之前，接近覺傳感器總是用來為機(jī)器人提供檢測(cè)物體表面和物體與機(jī)器手之間相對(duì)位置的能力。對(duì)于人類來說，這種能力通常由視覺反饋提供，但對(duì)于機(jī)器人來說，這種能力可以由接近覺傳感器提供。有了接近覺傳感器，機(jī)械手就能在操作前估算出物體的位置、形狀和其他物理信息。對(duì)于靈巧操作而言，提前了解這些信息有助于提高操作的成功率。觸覺傳感器：對(duì)于人類的雙手來說，觸覺系統(tǒng)可以提供豐富的信息，如抓取物體的力度、質(zhì)地、溫度和硬度等，人類雙手的熟練程度取決于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的感覺系統(tǒng)。在早期階段，觸覺傳感器研究的主要方向是壓力和力的測(cè)量，幾乎所有的機(jī)械手都將配備這類傳感器，通常安裝在指尖，用于測(cè)量多維力。目前大多數(shù)機(jī)器手配備的傳感器都是多陣列觸覺傳感器（Multiarraytactilesensor），但仍然只能感知單模態(tài)信息。對(duì)于機(jī)械手來說，同時(shí)獲取多模態(tài)觸覺信息也很重要，多模態(tài)傳感器（MultimodalSensor）提供了解決方案，可同時(shí)獲取多種觸覺信息。從感知中獲得的信息可以幫助機(jī)器人有效地做出決策。在操縱物體時(shí)，可以應(yīng)用規(guī)劃、控制和學(xué)習(xí)等不同方法來計(jì)算靈巧機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和控制方案。2.2.1國(guó)外案例（1）SCHUNK：SVHSCHUNK成立于1945年，是刀具和工件夾持、抓取技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，產(chǎn)品線十分豐富。2014年，SCHUNK對(duì)外發(fā)布五指伺服電動(dòng)機(jī)械抓手SVH，分為左手和右手兩個(gè)版本，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。仿真SVH五指手幾乎可以像人手一樣完美地抓取物品。由于運(yùn)動(dòng)部件總共有9個(gè)驅(qū)動(dòng)器，能夠以高靈敏度執(zhí)行各種抓取操作。防滑彈力抓取表面提供了較高的摩擦力，可實(shí)現(xiàn)更為牢固的夾持效果。用于位置控制等的配套電子元件完全集成在腕關(guān)節(jié)上。除了在抓取和操作任務(wù)方面實(shí)現(xiàn)新的突破外，SCHUNK還通過五指手勢(shì)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交流的可能性。SVH有三個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：第一，低能耗，適用于移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域；第二，設(shè)計(jì)極為緊湊，在手腕上集成了完整的控制、調(diào)節(jié)器和電力電子裝置；第三，已定義接口，可與市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)器人和輕型機(jī)器人輕松連接。（2）ShadowRobot：ShadowHandShadowRobot成立于1987年，最初只是一個(gè)業(yè)余愛好者團(tuán)體，現(xiàn)已成為英國(guó)運(yùn)營(yíng)時(shí)間最長(zhǎng)的機(jī)器人公司。ShadowHand是世界上最先進(jìn)的五指機(jī)械手，其設(shè)計(jì)目的是提供與人手相當(dāng)?shù)牧敵龊瓦\(yùn)動(dòng)精度。ShadowHand系統(tǒng)已被用于抓握、操縱、神經(jīng)控制、大腦計(jì)算機(jī)接口、工業(yè)質(zhì)量控制和危險(xiǎn)材料處理等方面的研究。ShadowHand一共擁有24個(gè)自由度，其中20個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，4個(gè)欠驅(qū)動(dòng)。這24個(gè)自由度每一個(gè)都有與人類相近的運(yùn)動(dòng)范圍，允許其做出與人手類似的動(dòng)作。它還具備了129個(gè)內(nèi)置傳感器，包括關(guān)節(jié)位置傳感器，溫度傳感器，力反饋傳感器，肌腱張力、指尖觸覺傳感器等，可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行觸覺感應(yīng)。ShadowHand具有以下特點(diǎn)：第一，基于人手運(yùn)動(dòng)學(xué)，標(biāo)準(zhǔn)版本的五指手擁有和人手同等數(shù)量的24個(gè)關(guān)節(jié)（包括腕部）；第二，與人手尺寸相同，整體大小與人手一致，方便模仿人類的手部動(dòng)作，通過與ShadowGlove和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)配合使用，可輕易通過遙操作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；第三，實(shí)時(shí)反饋與控制，整機(jī)采用EtherCAT進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸以及和遠(yuǎn)程控制端的通訊，通過高頻率的反饋與控制周期，可以實(shí)時(shí)反饋120個(gè)以上的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的反饋控制；第四，完全集成ROS，整體軟件架構(gòu)完全基于ROS開發(fā)，對(duì)ROS平臺(tái)100%兼容，可用作研發(fā)工具以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的測(cè)試硬件。（3）qbRobotics：qbSoftHandqbRobotics成立于2011年，致力于將軟體機(jī)器人技術(shù)用于研發(fā)和生產(chǎn)各種創(chuàng)新的產(chǎn)品，如靈巧手，夾爪，手柄等。qbSoftHand是備受矚目的柔性機(jī)械手，具備極強(qiáng)的交互性，能與周圍環(huán)境、物體和人類親密互動(dòng)。通過單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，qbSoftHand變得即插即用、簡(jiǎn)單易控。此外，qbSoftHand與市場(chǎng)上主要的合作機(jī)器人品牌集成，并與UR+生態(tài)系統(tǒng)完全兼容，為應(yīng)用提供更多便利性。qbSoftHandIndustry是一款基于MechaLogical技術(shù)的新型先進(jìn)擬人機(jī)器人手，也是首款專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的擬人機(jī)器人手。它采用腱傳動(dòng)和單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)復(fù)制了人類手部運(yùn)動(dòng)的"第一次協(xié)同"，實(shí)現(xiàn)了靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的抓取。集成了qbSoftHandIndustry的系統(tǒng)可完成的任務(wù)包括測(cè)試、質(zhì)量檢測(cè)、取放、復(fù)雜處理、裝配、機(jī)器操作、研發(fā)等。qbSoftHandResearch采用欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，能夠復(fù)制人手約75%的抓握動(dòng)作，并且由于其固有的機(jī)械智能，它能夠自然地適應(yīng)它正在拾取的物體，無(wú)需使用需要復(fù)雜電子編程的精密傳感器。qbSoftHandResearch具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以在控制動(dòng)作沒有任何變化的情況下抓住不同的對(duì)象。適用于研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、學(xué)校、測(cè)試實(shí)驗(yàn)室以及私營(yíng)和上市公司的研發(fā)部門。qbSoftHand2Research是qbSoftHandResearch更強(qiáng)大、更智能、更多功能的進(jìn)化版。它在復(fù)雜性與靈巧性之間達(dá)到了一種平衡，既能進(jìn)行精確抓握，也能進(jìn)行動(dòng)力抓握，還能在保持穩(wěn)定抓握的同時(shí)操縱物體。第二協(xié)同作用的引入，使qbSoftHand2Research可以在不改變手腕方向的情況下，操縱與人手互動(dòng)的物體。此外，與前兩個(gè)靈巧手不同的是，它使用了兩個(gè)電機(jī)。這種手部操控能力大大增加了在研發(fā)、測(cè)試和人機(jī)交互領(lǐng)域的應(yīng)用。（4）CloneRobotics：CloneHandCloneRobotics從2014年開始研發(fā)，最初的使命是制造低成本的機(jī)器人來執(zhí)行日常生活中所有的常見勞動(dòng)。Clone擁有一支由12名科學(xué)家和工程師組成的創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)，涉及物理學(xué)、生物力學(xué)、材料科學(xué)、電子學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。他們計(jì)劃于2024年推出第一條產(chǎn)品線，包括CloneHand和CloneTorso。CloneHand是世界上最接近人類的肌肉骨骼手，由CloneRobotics專有的液壓肌肉和閥門驅(qū)動(dòng)。其尺寸和生物特征與人手相同，包括一半臂骨、完整的前臂和手掌，具有所有可能的自由度。CloneHand由聚合物制成，比金屬更軟、更輕、更便宜且性能更好。其中，骨骼由碳纖維制成，手的其余部分由柔軟材料制成，包括由液壓系統(tǒng)控制的37塊肌肉。這些肌肉目前可以承受65萬(wàn)次擴(kuò)張和收縮循環(huán)，并且手指足夠強(qiáng)壯，可以抓住并支撐7kg的重量。2.2.2國(guó)內(nèi)案例（1）思靈機(jī)器人：DexterityHand思靈機(jī)器人（AgileRobots）是一家全球領(lǐng)先的智能機(jī)器人明星企業(yè)，公司創(chuàng)立于2018年，立足全球化發(fā)展，在德國(guó)慕尼黑、中國(guó)北京設(shè)立雙總部，以德國(guó)宇航中心為技術(shù)依托，致力于推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)探索與創(chuàng)新，并拓展機(jī)器人在更多領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。思靈機(jī)器人的仿人型五指靈巧手DexterityHand于2020年完成第一代開發(fā)，主要面向服務(wù)、康復(fù)理療、危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)、空間探索等應(yīng)用場(chǎng)景。DexterityHand是世界領(lǐng)先的高度集成化和模塊化的多指力控機(jī)器人靈巧手，由4個(gè)模塊化的多關(guān)節(jié)手指和1個(gè)具有主動(dòng)對(duì)掌功能的拇指組成，每個(gè)手指有一個(gè)獨(dú)立自由度和兩個(gè)耦合自由度，所有的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、傳感及電氣模塊均集成在手上。DexterityHand采用“直流伺服電機(jī)+二級(jí)減速器”的方式驅(qū)動(dòng)手指和拇指各個(gè)指節(jié)完成運(yùn)動(dòng)，不僅具備出力大、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械自鎖，指尖輸出力最大可達(dá)10N。同時(shí)，每個(gè)手指均集成有力傳感器和位置傳感器，可實(shí)現(xiàn)多傳感器融合的抓取算法，保證靈巧手與環(huán)境的柔順接觸。（2）因時(shí)機(jī)器人：RH56BFX系列/RH56DFX系列因時(shí)機(jī)器人成立于2016年，專業(yè)從事伺服電動(dòng)推桿和末端執(zhí)行器研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，產(chǎn)品主要應(yīng)用于機(jī)器人、生物醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化和教育科研等領(lǐng)域。在靈巧手市場(chǎng)上，因時(shí)機(jī)器人具有核心零部件自主研發(fā)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器和控制算法；成本控制等三方面的優(yōu)勢(shì)，以應(yīng)對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)廠商的雙重競(jìng)爭(zhēng)。因時(shí)機(jī)器人仿人五指靈巧手采用創(chuàng)新型直線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，具有6個(gè)自由度和12個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，結(jié)合力位混合控制算法，可以模擬人手實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的抓取操作。其中，因時(shí)機(jī)器人RH56DF