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。

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作者｜毛心如

目前，國產(chǎn)靈巧手正在經(jīng)歷從「功能實現(xiàn)」邁向「體驗優(yōu)化」的躍遷期。

能不能動得靈活、靈活的同時做到能耗最小，成為靈巧手優(yōu)化的兩大關(guān)鍵方向。

影響這兩項指標的核心在于傳動方案。

傳動系統(tǒng)在靈巧手中承擔著動力傳遞與結(jié)構(gòu)支撐的雙重功能，如同人體的韌帶連接骨骼并傳遞肌肉力量。

當前，國內(nèi)靈巧手多采用連桿傳動方案。該方案具備雙向控制關(guān)節(jié)、堅固耐用、易于制造與維護等優(yōu)點。然而，連桿本身較厚且堅硬，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相對冗雜笨重，柔性和抗沖擊性較差。

在電機直驅(qū)、連桿傳動、腱繩傳動、人工肌肉這四種靈巧手常見傳動方案中，腱繩傳動從理論和實踐上都被視為最有可能突破「不可能三角」的選項。

隨著特斯拉推出采用「行星齒輪箱+行星滾柱絲杠+腱繩」三級傳動方案的第三代靈巧手，腱繩傳動進一步成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點。

智研咨詢研究顯示，2024 年中國人形機器人腱繩材料市場規(guī)模達 553 萬元，預(yù)計 2025 - 2029 年，市場規(guī)模將從 1325 萬元增長至 47368 萬元，年復(fù)合增長率達 144.52%。

腱繩，正成為新一輪技術(shù)競爭的焦點。

腱繩：靈巧手的「生物肌腱」

本質(zhì)上，腱繩是一種柔性傳動介質(zhì)，通過模擬人體肌腱的力學原理，將動力從遠離執(zhí)行機構(gòu)的電機傳遞到靈巧手的各個關(guān)節(jié)，相當于人手的韌帶。

它與傳統(tǒng)剛性傳動系統(tǒng)的根本區(qū)別在于實現(xiàn)了「動力-執(zhí)行」分離：電機可以集中布置在前臂，通過腱繩遠程驅(qū)動手指關(guān)節(jié)，大幅減輕了末端負載。

腱繩通常由高強度的材料如鋼絲、尼龍線或者超高分子聚乙烯等組成，通過一系列的滑輪和齒輪系統(tǒng)進行精確的力傳遞。

當前，主流腱繩材料分為金屬和高分子纖維兩大類。

高性能金屬纜線多應(yīng)用于部分工業(yè)場景，尤其在需要高溫耐受性的環(huán)境中，但其重量劣勢明顯，且反復(fù)彎折易導(dǎo)致金屬疲勞。

超高分子量聚乙烯纖維是目前最先進的腱繩材料，其拉伸強度是鋼絲的 15 倍，密度僅為鋼的 1/7，耐疲勞性高，經(jīng)過 200 萬次循環(huán)拉伸后強度保持率>95%，較傳統(tǒng)聚酯纖維 100 萬次后性能衰減 30%，優(yōu)勢顯著。

從材料應(yīng)用角度看，腱繩驅(qū)動系統(tǒng)具有高效能、低成本以及良好柔性等特點，使其在靈巧手應(yīng)用中展現(xiàn)出天然優(yōu)勢：

空間效率：單根腱繩可驅(qū)動 3-4 個關(guān)節(jié)彎曲，支持多指協(xié)同的復(fù)雜動作，相比傳統(tǒng)剛性連桿結(jié)構(gòu)，自由度提升兩倍以上

輕量化突破：高分子纖維密度僅 0.97g/cm³，使靈巧手總重量減輕 30%-40%

響應(yīng)速度：轉(zhuǎn)動慣量減少 45%，可實現(xiàn) 0.2 秒級快速抓取響應(yīng)，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)快至少 0.3 秒

成本控制：零部件數(shù)量較齒輪組減少 70%，單自由度成本從 200 美元降至 50 美元

在傳動方案設(shè)計中，N+1 型拓撲結(jié)構(gòu)因其高效性成為主流選擇，即驅(qū)動 N 個自由度僅需 N+1 根腱繩。

以 Optimus 單手 22 個自由度為例，其中 17 個由空心杯電機直接驅(qū)動，剩余 5 個自由度通過 6 根腱繩實現(xiàn)精確控制，這種設(shè)計大幅減少了驅(qū)動器數(shù)量，解決了靈巧手內(nèi)部空間局促的痛點。

盡管腱繩在仿生靈活性上優(yōu)勢明顯，但當前技術(shù)瓶頸和行業(yè)認知是其尚未大面積應(yīng)用的兩座大山。

從技術(shù)共性角度講，腱繩，尤其是高分子腱繩，受力時存在彈性形變和蠕變特性，長期使用后因磨損或松弛需頻繁校準。

其次，腱繩傳動主要依賴腱繩和滑輪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計容易變得復(fù)雜，且在大負載環(huán)境下易出現(xiàn)滑索現(xiàn)象。

作業(yè)中反復(fù)彎折會加速腱繩磨損，影響壽命、增加維護成本。高分子腱繩在高溫、化學環(huán)境下易老化，鋼絲腱繩則易疲勞斷裂，負載壽命僅數(shù)千至數(shù)萬次，需定期更換。

此外，腱繩對溫濕度更敏感，高分子腱繩在高溫下軟化，低溫變脆；鋼絲腱繩在潮濕環(huán)境中易腐蝕，限制在工業(yè)、戶外等復(fù)雜場景的應(yīng)用。

從技術(shù)獨立性角度看，做一根腱繩需要經(jīng)歷三個環(huán)節(jié)，分別是選絲、確定編織工藝和收卷。

選絲方面，選粗絲還是細絲，細絲選高分子還是金屬都會影響成品性能；編織工藝上，編織密度、速度、角度的不同都會帶來性能的差別；制絲設(shè)備上，則需要定制化設(shè)備來匹配編織工藝。

不同廠商在選絲、編織工藝和設(shè)備選擇上的差異，導(dǎo)致腱繩性能各異，目前高端腱繩多來自荷蘭、日本等國外廠商。

國內(nèi)市場對于腱繩的應(yīng)用穩(wěn)定性，以及哪家廠商能穩(wěn)定生產(chǎn)符合性能要求的腱繩，尚未形成共識。

當下，國內(nèi)無論是鋼絲腱繩還是超高分子腱繩的價格都在幾百到近千元一米的價格，在短期成本上優(yōu)勢并不明顯。

一位腱繩材料商表示：「目前腱繩的質(zhì)量已經(jīng)能夠滿足各大靈巧手廠商的需求，行業(yè)內(nèi)的期待是把價格達到百元內(nèi)一米，只要市場有匹配的需求量，就可以做到。」

腱繩在靈巧手和本體上的實際應(yīng)用

商業(yè)化靈巧手里應(yīng)用腱繩的產(chǎn)品最早可以追溯到 2004 年，英國 Shadow 公司在這一年推出了首款腱繩驅(qū)動的五指靈巧手 Shadow。

Shadow 的所有驅(qū)動器放置在靈巧手外部，通過腱繩牽引關(guān)節(jié)運動，既減小了手部尺寸，又實現(xiàn)了高自由度控制，其標準版擁有 24 個關(guān)節(jié)和 20 個獨立控制的自由度。

這款靈巧手運動精度與人手相當，可執(zhí)行精密裝配、微操作等任務(wù)，可以在科研、工業(yè)制造、危險環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

Shadow 公司后續(xù)推出的 Shadow Hand Plus、Lite 系列采用的仍然是腱繩傳動方案。

同時，Shadow 公司應(yīng)用的腱繩方案起到了明顯的標桿作用，在 Shadow 之后有許多國外廠家也推出了腱繩方案的靈巧手。

而真正讓腱繩這一概念在靈巧手圈「熱度飛升」的就是特斯拉 Optimus 第三代靈巧手。

該靈巧手采用 17 個執(zhí)行器與 22 個自由度設(shè)計，通過「行星齒輪箱+行星滾柱絲杠+腱繩」三級傳動方案實現(xiàn)接近人類手指的靈活性，同時電機前置手腕的設(shè)計進一步優(yōu)化了關(guān)節(jié)精度。

其 22 個自由度的密度接近人手，讓 Optimus 在原有屈曲、伸展動作基礎(chǔ)上，還能做出外展、內(nèi)收等精細動作。

這種剛性與柔性傳動結(jié)合的混合方案，優(yōu)化了負載與靈活性的平衡，提升了 Optimus 在抓取不規(guī)則物體、執(zhí)行復(fù)雜裝配任務(wù)時的作業(yè)效率，使其實現(xiàn)接網(wǎng)球等動態(tài)抓取和疊襯衫等復(fù)雜操作。

除了靈巧手，國外也有廠商把腱繩應(yīng)用在全身「玩明白了」。

挪威機器人公司 1X 于 2025 年初推出的家用機器人 Neo Gamma，在其驅(qū)動系統(tǒng)中大量應(yīng)用到了腱繩。NEO 的靈巧手擁有 20 個自由度，通過腱繩回路驅(qū)動手指關(guān)節(jié)，每根手指由多條腱繩控制，實現(xiàn)伸展、屈曲和握力調(diào)節(jié)。

它的肩、肘、膝等關(guān)節(jié)采用「串聯(lián)彈性驅(qū)動器」，由高扭矩電機拉動腱繩模擬肌肉收縮，替代了傳統(tǒng)齒輪或連桿。

NEO 全身覆蓋類似肌肉的軟質(zhì)腱繩網(wǎng)絡(luò)，外覆針織尼龍材料，形成柔性外衣，在實現(xiàn)輕量化與高負載的同時，提升了運動安全性與柔順性。

同時，國內(nèi)也有兩家勢頭強勁的靈巧手廠商推出了腱繩方案的靈巧手。

第一家是靈心巧手，國內(nèi)唯一一家有能力同時商業(yè)化量產(chǎn)連桿結(jié)構(gòu)和腱繩結(jié)構(gòu)靈巧手的公司。其科研版 Linker Hand L30 采用的就是「腱繩+連桿」方案，自由度達 42 個，售價 9.9 萬元。

連桿結(jié)構(gòu)負責基礎(chǔ)關(guān)節(jié)驅(qū)動，確保穩(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)，提升靈活性和擬人性。

其每根手指都能獨立實現(xiàn) 9 個自由度的運動控制，并配備 360 度自由旋轉(zhuǎn)的全驅(qū)設(shè)計。不僅能完成轉(zhuǎn)筆、盤核桃等高難度動作，還有超越人類手指極限的 5kg 負載能力。

第二家是推出國產(chǎn)首款量產(chǎn)高自由度五指靈巧手的公司，靈巧智能。

去年 10 月，靈巧智能推出了 19 個自由度的五指靈巧手 DexHand 021，可實現(xiàn)人手 33 項功能動作中的 32 項，壽命超過 15 萬次，售價 9.6 萬元。

今年推出的 DexHand021 Pro，采用雙繩驅(qū)的設(shè)計方案，實現(xiàn)了手指的彎曲、伸展和雙向側(cè)擺的主動控制，增強了主動控制能力、抗干擾能力、穩(wěn)定性及被動柔順性，不僅提升了手指的動態(tài)響應(yīng)特性和力控精度，而且也擴展了單指的運動可達空間。

靈巧手也能成為一個獨立終端

得益于腱繩傳動帶來的輕量化、高自由度與空間冗余，靈巧手正突破傳統(tǒng)末端執(zhí)行器的定位，向獨立智能終端進化。

傳統(tǒng)觀念中，靈巧手常被視為人形機器人整機的末端執(zhí)行器。然而，隨著傳感技術(shù)、邊緣計算、新型驅(qū)動和能源方案的技術(shù)發(fā)展，靈巧手正演變?yōu)橐粋�功能完備、能夠獨立運行的智能終端硬件。

將靈巧手從人形機器人本體中解放出來，結(jié)合機械臂使其成為獨立單元，再工業(yè)、服務(wù)業(yè)擁有巨大應(yīng)用市場，實現(xiàn)這一目標的核心在于賦予其足夠的靈活性與去中心化能力。

靈巧手獨立作業(yè)的核心在于高度集成的「微型大腦」與「神經(jīng)系統(tǒng)」——即嵌入式智能與多模態(tài)感知融合。MEMS 技術(shù)，即微機電系統(tǒng)技術(shù)，讓高精度力矩、觸覺甚至微型視覺傳感器可以密集集成在手指關(guān)節(jié)和指尖，實時捕捉環(huán)境信息。

像戴盟機器人 DM-Hand1 靈巧手搭載自研 DM-Tac W 視觸覺傳感器，分辨率達 4 萬感知單元/cm²，超人手百倍，但厚度僅毫米級，支持微米級空間感知，可以完成電路焊接、試劑滴管等精細任務(wù)。

奧比中光的 3D 視覺系統(tǒng)，利用 Gemini 335L/Femto Bolt 深度相機對環(huán)境進行 3D 重建，為靈巧手提供物體識別與路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)，能夠幫助機械臂執(zhí)行沏茶、插花、滴香薰、播放音樂等一系列復(fù)雜任務(wù)。

同時，強大的片上系統(tǒng)或?qū)Ｓ锰幚韱卧�封裝于手掌內(nèi)，使得復(fù)雜的多模態(tài)傳感融合、實時運動規(guī)劃和自適應(yīng)控制算法能在本地高效運行。

這種邊緣計算能力避免了遠程處理帶來的延遲，確保了操作的即時性、穩(wěn)定性和安全性，是靈巧手獨立應(yīng)對動態(tài)環(huán)境的「神經(jīng)中樞」。

物理基礎(chǔ)方面，新型智能材料驅(qū)動與微型電機、以及高能量密度電池與低功耗設(shè)計，在提供足夠力道與靈活性的同時，大幅減小體積重量，共同為靈巧手獨立作業(yè)提供足夠動力和續(xù)航。

作為獨立終端，靈巧手的價值不僅在于終端作業(yè)本身，它也能成為人類感知與操作的超級延伸。

操作者可通過「數(shù)據(jù)手套/外骨骼+靈巧手」組合，將物體硬度、紋理、滑動感、指尖視覺信息等豐富的力觸覺反饋，進行實時、高保真回傳。

當然，靈巧手成為獨立終端硬件目前仍面臨挑戰(zhàn)：

如何實現(xiàn)超低延時的高可靠通信、如何適應(yīng)極端環(huán)境、如何在復(fù)雜任務(wù)中進行自主決策，都是技術(shù)層面需要突破的問題。同時，實現(xiàn)極致的成本控制和達成標準化共識是規(guī)模應(yīng)用的必要前提。

隨著材料科學、控制技術(shù)及系統(tǒng)集成能力的提升，靈巧手有望從單一的附加模塊，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌颡毩��?yīng)用的核心硬件，為各行各業(yè)帶來更為智能與高效的解決方案。

當靈巧手進化為獨立、智能、可隨處部署的終端，其意義會超越技術(shù)本身，它不再僅僅是冰冷的機械末端，更將成為連接數(shù)字智慧與物理世界的橋梁，標志著人機關(guān)系的升級——機器無縫變成為人類能力的延伸。

當它能夠獨立、智能地部署于萬千場景，將真正實現(xiàn)「讓機器為人所用」的終極技術(shù)愿景。

       原文標題 : 腱繩：靈巧手打通“靈巧”的下一個破局點