國產(chǎn)靈巧手四大“最”爭鋒,撕開“不可能三角”
編者按: 機器人能否真正「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(guān)于「觸覺」、「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「人機共生」的深層思考。
我們將與所有關(guān)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(xié)作的終極新邊界。
往期文章:《靈巧手「技術(shù)爭鋒」正當時》
《靈巧手,人形機器人的「最后一厘米」》
《國產(chǎn)靈巧手跑出了個「四小龍」》
《借仿生手實現(xiàn)突圍,國產(chǎn)靈巧手破局「不可能三角」》
許多領(lǐng)域都存在「不可能三角」現(xiàn)象,指的是三種相互制約的目標難以同時達成,通常只能兼顧其二。
靈巧手領(lǐng)域也不例外,「成本-系統(tǒng)參數(shù)-穩(wěn)定性」構(gòu)成了其特有的不可能三角。
從性能設(shè)計看,這種矛盾尤為明顯:追求高自由度往往導致本體質(zhì)量偏重;實現(xiàn)高負載能力常需以犧牲自由度為代價;若專注于輕量化,則在自由度和負載能力上可能表現(xiàn)平平。
而一味追求高性能參數(shù),往往需要投入更多資金,推高靈巧手成本。
作為決定機器人作業(yè)上限的關(guān)鍵部件,同時也是人形機器人成本中占比約 20% 的核心組件,各大靈巧手廠商正致力于突破這一「不可能三角」,力求打造兼具高性能與高性價比的「性能怪獸」。
當下,靈巧手賽道百花齊放,同時也是「卷生卷死」,我們選取售價、自由度、質(zhì)量和負載能力四個重要維度,梳理出在各個維度上表現(xiàn)最突出的「單項冠軍」。
四大冠軍共性:技術(shù)自研、響應(yīng)夠快、模塊化設(shè)計
從售價、自由度、質(zhì)量和負載能力這四個維度,這四款靈巧手獲得了單項冠軍:
售價最便宜:慧靈科技 eHand-6,售價 2999 元
自由度最高:靈心巧手 Linker Hand L30 科研版,42 個自由度
質(zhì)量最輕:強腦科技 Revo 2,單手 383g
負載最大:雷賽智能 DH116,最大負載 40kg
這四家能拿下單項冠軍,離不開它們特有的「自研基因」。
慧靈科技作為小米生態(tài)鏈公司,長期深耕電動夾爪和直驅(qū)機械臂領(lǐng)域,積累了微型電動推桿、空心杯電機、驅(qū)動器及控制算法的自研能力。
eHand-6 的核心部件全部自研,打破了關(guān)鍵技術(shù)的外部依賴,大幅降低了部件成本。
同時,慧靈科技在驅(qū)動器、減速器等部件的標準化、模塊化布局以及構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈方面的經(jīng)驗,進一步優(yōu)化了成本并提升了量產(chǎn)效率。
靈心巧手匯聚了多位來自知名機器人公司的資深技術(shù)專家和清華、北大背景的技術(shù)人才,在傳動方案上實現(xiàn)了突破。
其采用的「連桿+腱繩」雙結(jié)構(gòu)技術(shù)是核心優(yōu)勢,也是國內(nèi)唯一一家能同時商業(yè)化量產(chǎn)這兩種結(jié)構(gòu)靈巧手的公司。
連桿結(jié)構(gòu)負責基礎(chǔ)關(guān)節(jié)驅(qū)動,確保了穩(wěn)定性和負載能力;而腱繩結(jié)構(gòu)用于指尖和指間關(guān)節(jié),顯著提升了靈活性和擬人性,使得每根手指都能獨立實現(xiàn) 9 個自由度的運動控制。
而作為靈巧手四小龍之一的強腦科技,通過自研電機、傳感器和腦機接口算法在仿生手領(lǐng)域積累了十足的經(jīng)驗。
仿生手很重要的一個指標就是重量,這決定了使用者能不能長久舒適地使用。強腦科技將仿生手產(chǎn)品的技術(shù)思路延伸至靈巧手,通過使用特殊復合材料并輔以模塊化設(shè)計,保證結(jié)構(gòu)強度的同時,大幅降低了自重。
而作為人形機器人核心部件供應(yīng)商,雷賽智能推出的第一代靈巧手產(chǎn)品 DH116,面向的是工業(yè)自動化與商業(yè)自動化等大批量、低成本應(yīng)用場景。
采用自研無刷空心杯伺服電機、 FOC 電流環(huán)與力位混合控制算法,DH116 靈巧手實現(xiàn)了抓握壽命超 100 萬次,整手最大負載可達 40 公斤,單指最大負載 10 公斤。
這四款靈巧手除了都裝備了自家自研技術(shù)外,在實時響應(yīng)能力和模塊化生態(tài)上,它們也有著異曲同工之處。
雷賽智能的 DH116 和慧靈科技的 eHand-6 通過升級通訊協(xié)議,實現(xiàn) 10 毫秒級響應(yīng)延遲。
DH116 使用的是標配 100MHz 的 EtherCAT 通訊,實現(xiàn) 100 倍提速的實時觸覺反饋與小腦控制;eHand-6 使用的是 CAN FD,支持單幀 64 字節(jié)數(shù)據(jù),可一次性傳輸所有關(guān)節(jié)指令和傳感器數(shù)據(jù)。
強腦科技 Revo 2 和靈心巧手 Linker Hand 科研版則是通過邊緣計算嵌入形成兩級響應(yīng)體系,以此提升響應(yīng)速度。
Revo 2 將神經(jīng)信號處理下沉至終端設(shè)備,使用嵌入式信號處理流水線和動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度機制,實現(xiàn)動作意圖的實時解析;Linker Hand 科研版依托數(shù)據(jù)集訓練的云端智腦,幫助靈巧手提高任務(wù)執(zhí)行的準確性。
在模塊化生態(tài)方面,主要有硬件可置換和軟件開源兩種路徑,靈心巧手和雷賽智能選擇前者,強腦科技和慧靈科技選擇后者。
Linker Hand 的單指模塊化設(shè)計實現(xiàn)快速更換,DH116 支持傳感器拓展;Revo 2 開放完整 SDK、eHand-6 提供 ROS 接口,構(gòu)建開發(fā)者生態(tài)反哺技術(shù)迭代。
四家冠軍對比:各有千秋,勾勒未來趨勢
這四款靈巧手代表了國內(nèi)靈巧手領(lǐng)域的兩類主要參與者:專業(yè)靈巧手廠商和具備核心硬件技術(shù)復用能力的廠商。
無論是對成本下限還是性能上限的探索,它們都已表明在靈巧手領(lǐng)域,國產(chǎn)產(chǎn)品相較于國外老牌廠商,已展現(xiàn)出「后來者居上」的趨勢,同時它們也加劇了國內(nèi)市場的競爭態(tài)勢。
從這四款產(chǎn)品的差異出發(fā),結(jié)合各家不同的發(fā)展歷程,可以窺見當下靈巧手發(fā)展的趨勢。
在工業(yè)自動化領(lǐng)域,成本始終是規(guī);瘧(yīng)用的關(guān)鍵決定因素;垤`科技的 eHand-6 用 2999 元的價格,首次將工業(yè)級靈巧手帶入千元時代。
作為目前售價最便宜的靈巧手,其自由度同樣是入門級,6 個自由度,是市面上靈巧手產(chǎn)品的主流自由度選擇,也是常見的最低自由度配置。
事實上,6 個自由度的靈巧手已經(jīng)能完成 60-70% 的基礎(chǔ)抓取任務(wù),只是在醫(yī)療等需要高精細度操作以及非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境表現(xiàn)稍弱,但已能覆蓋大部分的工業(yè)環(huán)境需求,這也是 eHand-6 特地加上工業(yè)級前綴的原因。
而且,往往自由度越高就代表著成本越高,像 eHand-6 選擇的是連桿傳動方案,增加一個自由度,就需要多加 1 個電機、1 組連桿,所以選擇普適性高的低自由度方案成為了低價的重要因素。
通過「機械臂-夾爪-電缸-靈巧手」這樣的產(chǎn)品生態(tài)布局,慧靈科技積累了大量標準化經(jīng)驗,其中大部分成熟模塊都可直接復用在靈巧手上,利于縮短研發(fā)周期、降低了研發(fā)成本。
加上自建生產(chǎn)基地保障了供應(yīng)鏈和量產(chǎn)的穩(wěn)定性,能夠快速將產(chǎn)能投入到靈巧手生產(chǎn),減少了外協(xié)加工的成本。
像國內(nèi)的傲意科技在珠海擁有自建工廠、靈巧智能跟捷昌驅(qū)動合作的中試線也都是在推動量產(chǎn)的基礎(chǔ)上,減少加工成本外溢。
把靈巧手自由度卷到 42 個,遠超人手 27 個自由度極限的靈心巧手,是一位「既要又要」玩家。
今年 4 月,靈心巧手拿下超億元種子輪融資,是靈巧手行業(yè)目前最大的種子輪投資。種子輪融資前,靈心巧手推出的系列產(chǎn)品成為了吸引資本大額下注的關(guān)鍵。
去年 9 月,靈心巧手推出了 Linker Hand 系列靈巧手產(chǎn)品,當時特斯拉還沒有推出最新的使用腱繩方案的靈巧手,只有英國的 Shadow 采用了腱繩方案,其靈巧手有 26 個自由度,但售價上百萬元。
Linker Hand 系列產(chǎn)品,自由度在 25-42 個,售價在 Shadow 的 5%-10% 左右。值得一提的是,靈心巧手在今年也推出了 O 系列,主打科研和工業(yè)領(lǐng)域,售價 0.88 萬元,預計 3 年內(nèi)把 O 系列產(chǎn)品成本降到 499 元。
靈心巧手的思路很簡單,就是在每一個環(huán)節(jié)都尋找最優(yōu)解。
在傳動方案上,腱繩傳動理論上更利于解決「不可能三角」,因此在國內(nèi)同行普遍采用連桿傳動時,靈心巧手選擇了腱繩傳動。
為了讓靈巧手擁有「類人直覺」,在數(shù)據(jù)端,靈心巧手通過大量真實模擬學習,構(gòu)建了全球最大的靈巧操作數(shù)據(jù)集 DexSkill-Net,目前已積累超過 200T 的手部數(shù)據(jù)。
在傳感器方面,采用部分自研,部分合作的方式,逐步搭建多模態(tài)感知網(wǎng)絡(luò),通過觸覺-視覺-力覺融合算法,實現(xiàn)毫米級精度控制。
在產(chǎn)品耐用度上,與萬凱新材共建聯(lián)合實驗室,開發(fā)輕量化高強度復合材料。該材料使得靈巧手重量降低 40%,負載能力提升 30%,同時延長使用壽命至行業(yè)平均水平的 2 倍以上。
強腦科技作為國內(nèi)少有兼具「腦機接口+機器人」兩大底層技術(shù)的公司,其產(chǎn)品更具「技術(shù)沿用+精度均衡」的特點。
其最新靈巧手產(chǎn)品 Revo 2 不僅是行業(yè)內(nèi)目前最輕的靈巧手,同時也創(chuàng)下了握重比 52:1 的行業(yè)記錄。握重比指的是負載能力與自重的比值,Revo 2 整手 383 g,6 個雞蛋的重量,擁有 50N 握力和 20kg 提拉能力。
其中的關(guān)鍵就在借鑒人類手指的肌腱傳動原理,進行仿生關(guān)節(jié)優(yōu)化,減少金屬部件使用以及在關(guān)鍵受力部位采用高強度輕質(zhì)復合材料。
同時,在傳感器方面,強腦智能也下足了功夫。傳統(tǒng)觸覺傳感器會增加 30% 額外重量,而 Revo 2 通過內(nèi)置集成三維觸覺傳感器,在保持克重的同時,賦予靈巧手感知物體硬度、紋理、受力方向及接近距離的能力。
其觸覺分辨率還支持「戴手套操作」,無論是防刺、防水還是化學防護手套,Revo 2 都能保持「赤手操作」的感知精度,適用于化工、醫(yī)療等特殊場景。
此外,強腦科技還開放完整 SDK 開發(fā)包,開發(fā)者基于此平臺可進行二次創(chuàng)新,目前也已規(guī)劃高自由度仿生手和遠程遙操作方案的開發(fā)路線。
區(qū)別于靈心巧手直接切入靈巧手賽道,強腦科技從仿生手拓展到靈巧手領(lǐng)域,雖然有共通底層技術(shù),但工程難度還是截然不同的,所以強腦科技選擇放大優(yōu)勢、開放生態(tài)的路線推動產(chǎn)品走向性能均衡。
同樣選擇先放大自身優(yōu)勢再迭代方案的,還有從核心運動控制部件跨界進入靈巧手領(lǐng)域的雷賽智能。
雷賽智能在今年推出了 DH 系列靈巧手解決方案,DH116 作為第一款靈巧手,定位是普及型靈巧手,自重 490 克,最大負載能力 40 公斤,單指負載 10 公斤,目前已進行試產(chǎn)試銷。
在工業(yè)自動化領(lǐng)域,靈巧手需要面對三重考驗:高頻次、高負載、長周期連續(xù)運行。DH116 采用 11 個總自由度,6 個主動自由度的設(shè)計,體現(xiàn)了其對工業(yè)場景的深度理解——在保證功能完備的前提下避免過度設(shè)計。
通過分布式觸覺傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)碰前感知與軟著陸功能,DH116 能在接觸物體前調(diào)整抓取策略,大幅降低碰撞損壞風險。這種設(shè)計適合物流搬運、汽車裝配等需要處理不規(guī)則重物的場景。
此外,靈巧手產(chǎn)品兼容 RS485/CAN 等工業(yè)總線協(xié)議,能無縫集成至現(xiàn)有自動化產(chǎn)線,應(yīng)用場景覆蓋移動機器人、協(xié)作機器人、人形機器人等多種形態(tài)。
目前 DH 系列靈巧手解決方案由子公司靈巧驅(qū)控負責研發(fā)、生產(chǎn)、銷售,業(yè)務(wù)模式包括:提供高質(zhì)價比的靈巧手零部件,提供靈巧手解決方案與成套組件以及為大客戶聯(lián)合開發(fā)靈巧手以及代工組裝。
四大「單項冠軍」的涌現(xiàn),無疑是國產(chǎn)靈巧手技術(shù)突破和市場活力的有力證明:
慧靈科技 eHand-6 實現(xiàn)成本下探
靈心巧手 Linker Hand L30 科研版實現(xiàn)自由度登頂
強腦科技 Revo 2 打造極致輕量化感知
雷賽智能 DH116 的重載可靠性
它們各自開辟了差異化競爭的賽道,共同豐富了應(yīng)用生態(tài),但也揭示了尚未出現(xiàn)普適最優(yōu)解的現(xiàn)狀。
目前真正的挑戰(zhàn)在于如何將單項優(yōu)勢不斷放大成綜合競爭力,持續(xù)縮小與理想中「全能選手」的差距。
材料升級、算法優(yōu)化、感知精度提升、穩(wěn)定批量化生產(chǎn)的穩(wěn)定性,以及核心元器件的自主可控,仍是橫亙在前的關(guān)鍵課題。
當下,國產(chǎn)靈巧手正處在從「功能實現(xiàn)」邁向「體驗優(yōu)化」的躍遷期,同時也是機遇與挑戰(zhàn)并存的時期,穿越周期,打通「靈巧」,才能擁抱真正的星辰大海。
原文標題 : 國產(chǎn)靈巧手四大“最”爭鋒,撕開“不可能三角”

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