七成能力靠手实现?机械人如何“心灵手巧”?

编辑︰纪小廷

  一个机械人要真正走进生活,不仅要聪明的大脑,还得有灵巧的双手。

  一般人未必意识到机械手(又称为灵巧手)的重要性,而其精密程度和研发难度也超过想像。

灵巧手有多重要?又为何难造?

  对人体来说,手是最灵活复杂的器官之一,也是使用频率最高的运动器官之一,尽管重量只占人体总重量的1/150,却决定全身逾半数运动功能的发挥。

  对机械人来说,大概70%的作业能力靠手来实现。所以手是机械人走进日常、真正成为人类助手的“最后一厘米”。

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人手有13种基本功能,其中抓取操作就能细分为勾拉、侧捏、动态操作等8种。而制造灵巧手,就是用精密仪器模拟人类手指骨骼和关节的运动方式。(网上图片)

  许多动作人手做起来自然而然,但对于灵巧手来说一点都不容易。比如要完成“端起咖啡”这一简单动作,灵巧手就需要判断:多大的运动幅度能触碰到杯柄、但又不至于碰翻?施加多大的力度可以握稳杯身又不会捏碎?

  灵巧手的一系列动作,背后需要四个系统协同配合:一是传感器系统,相当于皮肤与神经末梢,感知接触状态、力度变化与空间位置;二是充当大脑的控制系统,依托算法实时分析数据,发出协调指令;三是相当于肌肉的驱动系统,为动作提供动力;四是犹如筋腱的传动系统,通过齿轮、连杆或钢索将动力精准传递至指节。

  目前市面上的灵巧手可以做到灵活弯曲、伸展和转动,足以多角度、全方位抓取物体和实施操作,比如拧开瓶盖、捏取鸡蛋、操控精密零部件等。

  不过若要继续走进生活,要能“上得了手术台缝针,下得了废矿井清理危险物”,其操作水准和精细程度就得不断完善。

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透过大规模的任务训练和数据积累,灵巧手可以不断完善感知、增强能力。图为灵巧手穿针引线。(图片来源:视觉中国)

灵巧手如何更灵巧?

  首先,要把灵巧手做得更小。灵巧手的灵巧,来自于灵活的关节和更多的自由度,但每增加一个自由度,就需在手掌内多嵌入一个对应的驱动器,所以现在市面上的机械人往往有一双大手。

  目前特斯拉等企业采取的路线是通过模拟人类身体,将驱动系统装入手臂来缩小手的尺寸;中国企业则多通过优化芯片布局等方式寻找自由度与尺寸之间的平衡。

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科技企业透过优化驱动系统、芯片布局等方法,缩小灵巧手的尺寸。(图片来源:视觉中国)

  其次,减少迟钝感也是关键。有时机器人反应慢并非控制算法慢,而是电机响应跟不上。

  针对这个问题,灵巧智能团队就在指尖区域加入电容式传感器,通过无接触感知提前识别物体位置,再精准施力完成抓取。相比单靠视觉抓取,这种方法可以减少延迟、降低失误。

灵巧手如何更便宜?

  除了尺寸和反应速度,灵巧手还面临一个核心问题:贵而不稳。

  一个高自由度的触觉灵巧手,工业连续作业下寿命不到3个月,但价格却要十几万元。这是由于灵巧手的零部件非常繁杂精密,光是螺丝就要三四十款,要配齐这些零件需要大量时间,量产难度很高。因此,降低成本、实现量产是必须突破的问题。

  好消息是,国产灵巧手不但在技术上达到行业领先水平,在定价上更是具有优势。

  “灵心巧手”是目前该领域的头部企业,它的一款直驱机械手定价5万元,国外同类型产品要200万以上。之所以能把价格“打下来”,靠的是背后高效齐全的产业链和供应链。

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强大的供应链和产业链,推动内地灵巧手产业进入量产竞速阶段。(图片来源:视觉中国)

  其负责人形容:在深圳,我们是以小时为单位的,2个小时或者4个小时,你就可以把你的物料买齐。有一些朋友他们在海外创业,他们想备齐这些东西,得两三个月。也就是因为这样,我们才能够做得愈来愈便宜。

  如今,“灵心巧手”是目前全球唯一实现单月产量超4,000只的企业,占全球高自由度灵巧手市场80%以上份额,且产品远销国外,超过30%的订单来自海外市场。

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“灵心巧手”是目前灵巧手行业的龙头,是目前全球唯一实现单月产灵巧手超4,000只的企业。图为其产品宣传图。(网上图片)

  总整个行业来看,中国灵巧手产业已经迈入“量产竞速”的阶段。2025年,国产灵巧手出货量爆发式增长,市场销量接近2万只,2026年有望达到7万只,2030年有望突破40万只。

  随着灵巧手的不断进步,具身智能机械人走入日常也指日可待。

  延伸阅读:

  科技通识|什么是“具身智能”?

  机械人界的“矽谷”?深圳“机器人谷”正在崛起

  新职业解码|机械人训练师——机械人干活怎么教?

 

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