2025年人形机器人灵巧手行业专题报告专题：从“做出来”到“卖出去”Ⅱ

灵巧手：人形机器人重要末端 执行器

灵巧手：人形机器人重要末端 执行器

手的演化伴随着人类操作能力从简单抓握向精密操作的提升。在约3.6亿年前四足动物的起源过程中， 带有指趾结构的强壮四肢逐渐形成；大约6500万年前的灵长类动物化石显示其拥有可能与抓握树枝相 关的长手指结构；大约450~300万年前，古人类手的进化反映出精密操作能力的增强，化石证据显示 当时人类已会制作并使用工具（石器）。

现代文明中，人手的力量抓握、精捏等动作至关重要。人手共有24个自由度（手指21个自由度+腕的 外展、腕的弯曲和手掌的弧度3自由度），这种结构使人手可完成力量抓握、精捏等核心动作。这些动 作在现代人类日常生活中经常被使用到，例如在清洁、烹饪等活动中。

灵巧手从仿生出发，旨在拓展人类能力边界

灵巧手的结构基于仿生人手。灵巧手在结构设计上模仿人手，以达到人手的灵活性与稳定性。人手的 骨骼结构是其功能的基础：①第1掌骨的位置使拇指可以自由地越过掌心对向其余4指；②控制手弓的 凹陷程度允许人手安全握住和操控各种形状和大小的物体；③腕掌关节大大提高了手的灵活性；④掌 指关节是支撑手部掌弓活动的拱顶石，其附属运动使得手指更好地适应所持物体的形状；⑤指骨间关 节仅可做屈曲和伸展运动，拇指指骨间关节可以在用拇指指腹给物体施加压力时过伸。

灵巧手设计目标在于模拟人手的核心功能、突破人类生理限制，并在特定领域实现性能增强。1）感知 与信息处理：通过多模态感知技术感知物体的形状、姿态、表面纹理等信息，使得灵巧手能够像人手 一样对物体进行精细的感知和判断，为后续的操作和决策提供准确的信息支持；2）工具操作与生产力 创造：灵巧手的设计使其能够像人手一样灵活地操作各种工具，精确地抓取和操作零件，进行装配、 加工等操作，提高生产效率和质量；3）社会交互与情感沟通：灵巧手可以模拟人手的动作，与人进行 自然的互动，还能通过握手、拍肩等动作表达关怀和鼓励，增强情感体验。

灵巧手从夹持器演化而来，关键在于泛化能力

灵巧手属于抓手类末端执行器，可实现抓持和操作。末端执行器是机器人动作决策的执行输出工具， 按功能分为两大类：①工具类末端执行器根据具体工作需求专门设计并预留标准化接口；②抓手类末 端执行器担负着执行各种动作、抓持和操作的任务，经历了从两指夹持器（结构简单、适配单一场 景）、多指抓持手（仅能抓持、无法操作）到多指灵巧手（更高系统集成度、更强感知能力、可实现 抓持和操作）的发展过程。

灵巧手泛化能力强于传统夹爪，可实现多任务迁移和使用工具。传统工业夹爪重复精度达±0.02毫米， 对抓取成功率要求极高，特点是精密力控、大行程，需要每个任务单独编程。灵巧手由于传动链路更 长，重复定位精度基本只能达到±0.2毫米，可实现多任务迁移和使用工具，泛化能力更强，优势在于 柔性生产、快速部署和换型，比如抓治具、拣货、包装入盒等，比人从事同类工作良率更高、一致性 更好，但相对来说又有一定的容错率。

灵巧手构成：由驱动+传动+感知构成，驱动价值量占比最高

典型灵巧手由驱动、传动、感知三个系统组成。1）驱动系统：提供动力； 2）传动系统：将驱动系统产 生的动力转换为手指关节运动；3）感知系统：感知自身变化和外界环境。

成本拆分中驱动系统占比最高。以Tesla Bot灵巧手为例，成本结构中，单只灵巧手约11650元，驱动系 统（驱动器、空心杯电机）占比约67%，传动系统（蜗轮蜗杆、行星齿轮箱）占比约12%，感知系统（编 码器）占比约21%。

驱动：驱动方式多样，以电机驱动为主流

驱动系统负责为灵巧手提供动力。主要驱动方式包括电机驱动、液压驱动、气压驱动、形状记忆合 金驱动。

大多数灵巧手选取电机驱动方式。灵巧手可以从输出力矩、反应的快慢、灵巧手控制性能、可靠性、 使用期限以及造价等综合因素选取驱动源。电驱方案有着响应快、精度高、可靠性高等优点，如今 的大多数灵巧手选取的都是电机驱动方式。

传动：传动方案多样并可组合使用，连杆方案是国内主流

传动系统将驱动系统的动力传递到手指关节，使关节运动。以Tesla的灵巧手为例，其传动装置分为三 个环节：①减速模块：位于电机侧，负责降速和提高输出扭矩；②线性传动：将旋转运动转换为直线 运动； ③末端传动：连接驱动器和关节末端。

连杆方案可控性强，是国内主流。当前灵巧手的传动方案主要包括腱绳传动、连杆传动、齿轮/蜗轮蜗 杆传动等。部分厂商使用单一方案（如曦诺未来的全绳驱方案），也有部分厂商采用混合方案（如智 元Skill Hand的“丝杠+连杆+腱绳”混合传动方案），目前腱绳方案和连杆方案应用最为广泛：①腱绳 方案节省空间、柔韧性好、成本较低，但其一致性和刚度略差，长期使用后腱绳易拉伸变形，导致精 度下降；②连杆方案存在结构冗杂、笨重、柔性不足的问题，但是刚度大、负载能力强、结构稳定， 成为国内主流，落地产品包括因时机器人-RH56DFX等。

腱绳+连杆混合方案兼顾仿生、精度与握力，有望成为趋势。腱绳使得灵巧手的运动更接近人手，而机 械连杆能提供更高的负载和精度，混合方案兼顾仿生、精度与握力，有望成为未来趋势。

感知：力/力矩传感器与位置传感器实现内部闭环反馈

力/力矩传感器：关节采用一/二/三维传感器；手腕、指尖采用信息更全面、精度更高的六维传感器。 在灵巧手上，力/力矩传感器主要分布在手指关节、指尖等，主要包含一维、三维和六维传感器。以 HIT/DLR灵巧手为例，一维、二维传感器布置在手指关节, 测量手指对物体施加的作用力。与一维、三 维传感器相比，六维传感器是维度最高的力觉传感器，能提供最为全面的力觉信息，实现更高精度的 力觉测量，布置在HIT/DLR的指尖。微型六维指尖力/力矩传感器能够直接检测手指尖与被抓握物体的 接触力与力矩, 为手指柔顺控制提供更为直接力感信息。部分灵巧手在手腕处也会采用六维力/力矩传 感器，如Tesla的Optimus。

位置传感器：主流路线包括光电编码器和磁电编码器，后者更泛用。位置传感器用于将机械运动（如 旋转）转换成电信号，精确检测灵巧手的位置、位移或运动状态，普遍采用编码器。编码器主要分为 光电编码器和磁电编码器两种路线，分别通过光信号、磁场信号进行转换。由于磁场信号抗干扰能力 更强，所以磁电编码器对灰尘、湿气、一般振动及温度变化的适应性优于光电编码器，更适用于一般 环境。

技术路线：仿人主流与特化创 新并行，共拓应用边界

仿人路线为主流技术路线

仿人路线以人手的结构、运动方式和感知能力为模仿对象；特化路线则以强化特定性能为导向，设计特 化形态。目前大多数灵巧手走仿人路线，部分科研团队积极探索特化路线，或将拓宽灵巧手发展边界。

仿人路线：追求结构、运动方式和感知能力与人手相似

为具备人手运动效果，在自由度、传动方式上结构仿生。 自由度接近人手：部分灵巧手自由度接近人手，为复现人手精细动作提供结构基础支撑。例如帕西尼 DexH13有16个自由度，兆威机电灵巧手有17-20自由度。 腱绳传动模拟肌腱收缩：为模拟肌腱收缩，减少机械式转动关节带来的限制，提高灵活性，部分灵巧 手采用腱绳传动模拟人手的腱与肌肉，如Shadow Dexterous Hand。 为具备人手级感知能力，在传感技术上功能仿生。 触觉传感器模拟人手触觉：部分灵巧手单手配备近千个多维触觉传感单元，通过几千个触觉信号精确 感知物体的纹理、硬度、温度等物理特性，如帕西尼DexH13。 柔性电子皮肤模拟人手皮肤，实现全覆盖感知：柔性电子皮肤可模拟人类皮肤触感，进行曲面贴合， 布置大量感应点，实现全覆盖感知。例如华威科的柔性电子皮肤，每个感应点面积仅1平方毫米，一只 机器人灵巧手可布置超1000个感应点，灵敏度达1克级别，目前已装备1000台人形机器人灵巧手。

特化路线：以强化特定性能为导向

核心性能聚焦 “高适应性”，面向特定需求场景。特化路线以 “拓展灵巧手应用边界” 为目标，可 应对多样化操作场景。以创新结构为设计核心，突破传统灵巧手局限，举例如下：

触手形方案模仿章鱼，实现高适应性、高负载和抓取稳定性。中国科大团队研发的触手型执行器 SpiRobs在结构上受生物对数螺旋结构启发，运动方式上模仿章鱼触手。使用电机驱动电缆，通过控 制触手的卷曲/舒展运动来实现到达、包裹、抓取和运输不同物体；它可以对多尺度物体、不规则物体 进行抓取，负载最高可达260倍自重，实现了高适应性和抓取稳定性。

卷尺形方案具备轻量化、柔性、可扩展性特点，有望应用于极端环境。加州大学团队研发的卷尺形执 行器GRIP-tape使用类似卷尺的双向带簧附肢，实现一定柔性和扩展性。未来GRIP-tape可能凭借其轻 量化、柔性、高可扩展性、多模式操作能力在农业与太空、深海等极端环境落地。

应用场景：特殊场景率先落地， 工业场景赋能柔性制造

场景需求：作为末端执行器赋能特殊、工业和消费场景

特殊场景中灵巧手作为末端执行器将参与应对多元化作业需求。作为机器人的末端执行器，灵巧手能 在应急救援与巡检防爆场景中发挥作用、参与应对多元化作业需求。应急救援场景（如地震、火灾、 水下）：传统救援方式在极端环境、复杂地形与黄金救援时间窗的夹击下，往往力有不逮。机器人在 救援场景中可以到达人类无法到达的危险区域、提供实时影像和数据、保护救援人员安全，灵巧手作 为机器人末端执行器之一，将在其中发挥重要作用。巡检防爆场景（如矿山、石油化工、核电站）： 矿山、化工企业、电力企业的巡检环境复杂且危险，人工巡检面临诸多风险。巡检防爆机器人能进入 高风险区域代替人工操作，有效降低风险，保障人员安全，提高效率和准确性，灵巧手作为机器人末 端执行器可在其中参与应对多样化作业需求。

工业场景中灵巧手将成为柔性制造生产线升级重要工具。在3C电子、汽车零部件等高精密装配行业， 传统刚性夹爪或二指抓手难以适应多变工件的形态、材质及操作策略。灵巧手凭借其多自由度、多模 态传感与自适应控制能力，能完成螺丝拧紧、柔性组件组装、缆线插拔等复杂任务，成为柔性制造生 产线升级的重要工具。

消费场景灵巧手对于提升服务、拟人交互至关重要。养老康养、家庭家政为消费场景主要应用方向。 养老康养：灵巧手可协助完成如握持水杯、整理物品、开关门等典型动作，对于提升服务智能化和拟 人交互体验至关重要。家庭家政：灵巧手推动技术升级，未来可拓展至烹饪等复杂家务。

不同应用场景对灵巧手设计提出针对性要求

特殊场景对灵巧手的感知功能、防护技术提出要求。①应急救援场景要求数据实时精准，需强化感知 功能。救援场景需要搜索幸存者及探测周围环境，灵巧手作为与外界接触的末端执行器，应具备较强 的感知功能。②巡检防爆场景或存在极端环境、易燃易爆风险，需特化防护性能。电力企业巡检场景 存在高压、高温环境，矿山、石油化工等场景存在易燃易爆风险，灵巧手需要应用特定材料与相应防 护技术。

工业场景对灵巧手有长时间运行、低成本、高精度等需求。①降本逻辑下无刷有齿槽电机有望替代空 心杯电机。空心杯电机方案能效高，是满足灵巧手长时间运行的理想方案，但成本更低的无刷有齿槽 电机随着技术升级有望在工业场景实现替代。②连杆传动方案可控性强，有望成为最优选。腱绳传动 方案一致性和刚度略差，长期使用后腱绳易拉伸变形，导致精度下降；连杆传动方案刚度大、负载能 力强、结构稳定，有望成为工业场景灵巧手传动方案的最优选。

消费场景对灵巧手的灵活性、泛用性、交互性要求更高。①空心杯电机+腱绳传动或是未来趋势。空心 杯电机相比普通电机具有灵敏度高、响应速度快、重量小、体积小、噪音小的优势；腱绳传动具有柔 性、轻量化、低成本的优点；空心杯电机+腱绳传动或是消费场景下的未来趋势。②触觉传感器势在必 行，或将向柔性电子皮肤演化。触觉模态将成为机器人真正理解物理世界的关键，触觉传感器势在必 行，或将向柔性电子皮肤演化。柔性电子皮肤可贴覆在灵巧手的指尖、手心与手背，完美贴合各种复 杂曲面，模拟人手触觉，精准感知压力、温度等环境信息，有望成为未来趋势。

报告节选：

编辑：火腿肠