直驅傳動，扛起最強靈巧手的大旗
編者按： 機器人能否真正「心靈手巧」，關鍵就在這最后一厘米——靈巧手。它集機械、傳感與 AI 技術之大成，突破了傳統夾爪的局限，正從工業工具進化為更具自主性的「類人智能體」。
具身智能熱潮下，靈巧手也走到了臺前。星河頻率特別策劃靈巧手系列文章，深入這場關于「觸覺」、「操控」與「創造」的技術革命核心。
我們將不僅關注精巧關節背后的硬核科技，更將探討技術狂熱之下關于「能力邊界」與「人機共生」的深層思考。
我們將與所有關注未來的同行者一起，共同探索那雙「靈巧之手」所能觸及的、人機協作的終極新邊界。
作者 | 毛心如
剝雞蛋、拿手機拍照、當廚師的同時兼任管家，這一回 Sharpa 的靈巧手展示了展示了它在更豐富、更貼近日常的家庭場景中的綜合作業能力。
自今年 4 月首次在 ICRA 展會公開亮相以來，Sharpa 一直頭頂「最強靈巧手之一」的光環。
目前，國內廠商普遍采用連桿傳動方案，而新晉玩家則多將腱繩、或腱繩+連桿傳動方案作為核心技術路徑。
但在 Sharpa 一系列高端操作的背后，走的卻是一條頗為小眾的技術路線——直驅傳動。
神秘的最強者，Sharpa
今年 10 月，Sharpa 宣布其靈巧手產品 SharpaWave 開始量產，并逐步向客戶交付。
盡管是一家來自新加坡的新秀公司，Sharpa 在一眾頭部玩家中卻顯得有些低調。不僅未在國內開通社交賬號，其在國外平臺的宣傳也較為有限，最集中的展示仍集中在今年的幾次國際性展會上。
不過，這家新加坡公司對國內玩家來說并不陌生，它與國內激光雷達公司禾賽科技淵源頗深。
公開信息顯示，Sharpa 的公司法人為施葉舟，曾任禾賽的戰略負責人；而姚鵬現任全球業務拓展負責人，此前同樣負責過禾賽的商務業務。
當然，公司背景只是水面下的冰山一角，真正讓 Sharpa 摘得「最強」頭銜的，還是其已經浮出水面的產品實力。
SharpaWave 之所以引人注目，首先在于它是一款 22 自由度的五指靈巧手，采用直驅傳動方案，意味著它擁有 22 個獨立運動的能力，不僅在結構上高度仿照人手，也幾乎復刻了人手的靈活性。
此外，通過獨特的同構架構設計，它在結構上以 1：1 比例高度仿生人手。
22 個自由度中，包括 15 個彎曲與伸展自由度，6 個側向移動自由度，1 個向內旋轉自由度。
通常，靈巧手的指關節僅具備單向彎曲能力，橫向移動能力較弱。
而 SharpaWave 的 6 個側向自由度，使手指能在抓取過程中橫向展開或聚攏，從而更好地適配不同大小和形狀的物體，實現接近人手的包覆式抓取與自然張手姿態。
手掌的 1 個內旋自由度則賦予手掌扭轉能力，增強了手內操作能力，使物體能夠在手內被轉動。
之前在 ICRA 上，SharpaWave 通過手指、手掌的協調運動讓鬧鐘在手中旋轉，是其他大部分廠商難以實現的動作。
除了動得靈活，SharpaWave 還在力量與速度這兩方面實現了兼顧。
其指尖輸出力超過 20N，所有手勢動作的操作頻率可達 4Hz 以上，因此能夠輕松且精準地完成從高頻操作到重載抓取在內的多樣化任務。
然而，SharpaWave 最引人矚目的優勢，還在于其先進的觸覺感知能力。這得益于其搭載的動態觸覺陣列專有系統。
這一系統依托神經網絡算法驅動，可在 0-30N 的壓力范圍內實現高達 0.005N 的靈敏度。
憑借每秒 180 幀的數據采集速率和小于 1 毫米的空間分辨率，能夠支持實時紋理識別與六維力檢測等功能，使機器人操作更接近人類水平的感知。
目前 SharpaWave 靈巧手已能實現發牌、使用拍立得、拿手機拍照、簡易做菜、收拾桌面等任務。
除了性能強悍、作業精細，SharpaWave 還通過了 100 萬次連續握持循環無故障認證，每個關節均可反向驅動，具備出色的耐用性和抗碰撞能力。
當然，盡管 SharpaWave 被譽為「最強靈巧手」，卻也存在美中不足。
其一是 5 萬美元的售價，在當前國內靈巧手市場價格持續下探的背景下，顯得偏高；其二是單只手重量達 1200g，整體而言仍然偏重。
四大直驅靈巧手代表
除了 SharpaWave 之外，采用直驅傳動方案的靈巧手還有星動紀元的 XHAND1、舞肌科技的 Wuji Hand 以及兆威機電的 DM17。
如果說 SharpaWave 堪稱最強靈巧手之一，那么星動紀元的 XHAND1 也配得上這一稱號。
XHAND1 擁有 12 個自由度，其中大拇指和食指各 3 個，其余手指各 2 個；其食指具備 1 個側擺自由度，可完成旋擰動作。
負載能力方面，XHAND1 單指最大負載超 5kg，整手可舉起 25kg 重物。
不同于行業內主流的欠驅動方案，XHAND1 采用純齒輪準直驅傳動結構，所有關節均支持反驅，主動關節均在本位且全部解耦。
這不僅使其具備出色的抗沖擊性能，也為模仿學習、強化學習等 AI 算法的開發提供了極大的靈活性。
感知層面，XHAND1 每個指尖都搭載了陣列式高精度觸覺傳感器，能采集 120-300 個均勻分布的三維力數據，最小分辨率達 0.05N，從而支持機器人實現精準力控。
得益于性能過硬與算法友好的優勢，已有不少國際研究團隊采用 XHAND1 在頂會與期刊上發表研究論文。
而舞肌科技的 Wuji Hand，則可說是這四款靈巧手中最為特別的一款，因為它的多數演示 demo 都需佩戴一只黑色手套。
這只手套是舞肌采用的壓阻式觸覺手套，而裸機本身并不帶觸覺方案，售價為 5 萬元。
Wuji Hand 擁有 20 個自由度，單手重量 550g，單指指尖輸出約 15 N，整手靜態握持載荷約 20kg。
其結構設計十分巧妙，幾乎不存在耦合關節。
簡單來說，就是每個指間關節都可被單獨控制，而非幾段手指被一根腱繩捆綁運動。正因如此，它在關節層級的可控性更高，甚至能做出一些人手也難以單獨完成的姿態。
從現有展示看，其外包觸覺手套的功能仍有提升空間，但這一設計本身也充滿了創意。
這不僅是一種更新、更全面的觸覺感知布局方式，而且軟包內部還可填充緩沖材料，提供一定的減震與緩沖效果，避免抓取時完全是硬金屬與硬塑料的直接接觸。
美國機器人專家 Scott Walter 就曾在公開平臺表示，Wuji Hand 可入選他心目中當前公開靈巧手的 Top 3 候選。
而兆威機電原本是上游零部件廠商，今年半跨界地將業務延伸至靈巧手整機制造。DM17 作為今年發布的產品之一，承載了將核心部件能力整合為完整解決方案的理念。
DM17 有 17 個自由度，外部設計貼近人手，內部核心組件的壽命超過 1 萬小時，能夠在長時間的高強度工作中保持穩定性能。
這款手的定位更偏向工業裝配領域，具有強大的負載能力和精準的定位精度。
通過內置傳感器，DM17 具備較強的自適應抓取功能，面對各種形狀、各種材質的物品，能夠快速識別并調整抓取策略，保證穩定抓取。
作為上游玩家的跨界之作，DM17 最大優勢就在內置的三款電機，分別是指尖電機、拇指并排電機和掌心直線推桿電機。三款電機各司其職：
指尖電機負責末端精細調控，可在毫米級范圍內進行微調，適用于精密裝配任務
拇指并排電機增強拇指與其他手指的聯動能力，實現更自然的對握與捏合動作
掌心直線推桿電機則負責手掌內部的伸縮調節，提升整體抓取范圍與適應性
成為「滄海遺珠」的直驅傳動
當前，靈巧手市場中直驅、連桿、腱繩三種傳動方案已呈現「三足鼎立」的狀態，其中連桿傳動靈巧手的銷量最高。
就產品種類而言，仍然是連桿傳動方案最多，其次是腱繩傳動，直驅傳動則最為少見。
傳動系統在靈巧手中承擔著動力傳遞與結構支撐的雙重功能，正如人體韌帶連接骨骼并傳遞肌肉力量。
而這四款手之所以能完成精細操作，直驅傳動結構起到了關鍵作用。
直驅的核心思想，是盡可能縮短電機軸與被驅動關節之間的傳動鏈路，使其最直接、最簡短，從而降低傳動間隙、減小摩擦與粘滯，提高回傳性與力學透明度。
直驅技術簡化了傳動鏈，減少了中間環節帶來的能量損失和運動誤差。由于沒有復雜的傳動機構，使得整體結構更加緊湊，響應更為迅速。
一般來說，將微型電機直接安裝在手指的關節處，電機數就等于自由度數量，這樣的結構設計帶來了控制學紅利。
首先，直驅靈巧手具有更高的控制精度和更好的反向驅動能力。當手指接觸物體時，系統能夠更精確地感知力反饋，實現更精細的力控制。
其次，沒有復雜的結構設計，相應的摩擦帶來的能量損耗更少，相比連桿與腱繩傳動，直驅傳動能最大程度上實現輸入即輸出，即電機轉多少，關節就轉多少。
同時，這也給直驅手帶來極高的帶寬，其可以以極高的頻率進行動作微調，來應對一些快速的、瞬間的動作變化場景。
除了結構優勢，直驅在算法層面同樣帶來顯著利好。
靈巧手算法的一大難點在于力控制。目前數據收集主要依賴遙操作或基于仿真視頻的動作重定向，但這些方法常受運動學不匹配與缺乏實時觸覺反饋的限制，進而阻礙了高保真觸覺數據的獲取。
相應地，高質量力覺與觸覺數據的缺失，會使靈巧手的算法發展更為艱難。
在這一點上，直驅技術的核心優勢，力控反饋的真實性能發揮到很大作用。由于電機與關節直接接觸，力信號無需經過中間部件衰減，可實現「力-電」信號的直接轉換。
總結一下，直驅傳動的優點在于：高回驅性、低機械阻抗、力/運動透明、對學習算法友好，這些特點利于實現穩定的接觸力控制與高自由度的微操作。
除此之外，在可靠性和維護方面，直驅方案也表現優異。由于減少了腱繩等易損件的使用，它的壽命更長，維護需求更低。
與直驅技術相比，連桿傳動雖然結構穩定，但連桿本身較厚且堅硬，導致結構相對冗雜笨重，柔性和抗沖擊性較差。
而腱繩傳動雖然在高自由度、輕量化方面有優勢，但也面臨著腱繩材料壽命和維護的挑戰。長期使用后腱繩易拉伸變形，導致精度下降。
直驅技術則在一定程度上平衡了靈活性、可控性和可靠性，所以能成為部分玩家打造高性能靈巧手的選擇。
盡管直驅靈巧手具有諸多優勢，但市場上真正專注于直驅技術的玩家卻相對較少。這背后是技術與商業的雙重挑戰。
首先是技術復雜度高。直驅靈巧手要求將電機直接集成在關節處，這帶來了空間利用的挑戰。
要在有限的空間內布置多個電機，同時保持人手的尺寸和外觀，需要極高的微電機技術和精密制造能力。
此外，電機內置必然會讓手掌的重量增加，如何平衡質量和整體操作的靈活性及能耗效率、如何在減小電機尺寸的同時保持足夠的抓握力都是直驅技術面臨的技術難題。
商業層面，目前市場整體對靈巧手的需求量還不夠多，一定程度上存在供大于需的情況，這就導致需求方在選擇產品時面臨新的問題。。
而且，市場端的需求也不是單一的。許多工業場景更看重耐久性、穩定性與成本，而不是極致的觸覺，所以目前實際場景應用最多的還是夾爪，其次再是出貨量多的連桿傳動靈巧手。
靈巧手技術的競爭才剛剛開始。未來隨著技術路線的收斂和市場需求的明確，真正的贏家將逐漸浮出水面。
可以確定的是，能夠平衡性能、成本與可靠性，并找到真正應用場景的企業，將在這場競賽中脫穎而出。
原文標題 : 直驅傳動，扛起最強靈巧手的大旗
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