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◼ 灵巧手是一种末端执行器，相较于传统的工业机器人，其将手腕连接处的工具替换为手爪。
◼ 人形机器人应用场景更为复杂，对灵巧手精细化提出要求，使得其从双指/多指向五指仿人手进行迭代。应用于工业机器人的双指/多指手爪功能较为单一，一般只支持夹取、上下料等简单工作；而人形机器人的灵巧手需要实现更为精细化的功能，比如捏取易碎物品、可适应不同物品的特性和形状等，故而要求其为仿人手打造。
◼ 手的十三种基本的功能：悬垂、托举、触摸、推压、击打、动态操作、球形掌握、球形指尖握、柱状抓握、勾拉、二指尖捏、多指尖捏、侧捏等。手的功能建立在手与上肢的皮肤、筋膜、关节、肌肉等“执行器官”完整的基础上，并实现于神经系统多层级的精密调控与信息整合处理。
◼ 人手自由度共有21个（不考虑手腕关节）：从解刨学角度看前端四指每个手指有4个自由度，其中掌指关节(MCP)具有2个轴线垂直相交的转动自由度，合计16个；大拇指5个，合计21个。
◼ 灵巧手为了实现人手所能实现的功能，也要求具备与人手相差无几的自由度，以特斯Optimus Gen3 为例，预计拥有22个自由度。灵巧手种类多样，在精度、灵活性、成本等多方面各有优劣：1）按照自由度数量可分为全驱动和欠驱动；2）按照驱动结构可分为驱动器外置、内置或混合制；按照具体驱动方式可进一步细分为电机驱动、液压驱动、气压驱动、形状记忆合金驱动；3）按照机械传动形式可分为腱传动、连杆传动、齿轮/涡轮蜗杆传动、丝杠传动；4）按照感知技术可分为内部感知和外部感知。
灵巧手价值量较高，以前瞻产业研究院数据为基准，预计灵巧手价值量占整机的10-20%左右，是成本占比最高的零部件之一。中商产业研究院数显示，2024年灵巧手市场容量为76.01万只，随着灵巧手功能持续完善，叠加下游人形机器人的放量，预计2025年灵巧手市场容量将达86.18万只，对应市场规模为19.21亿美元；2030年预计分别为141.21万只、30.36亿美元，5年复合增长率分别为10.38%、9.59%。
驱动方案：全驱动精度更高，欠驱动泛用性更强
◼ 按自由度，灵巧手分为全驱动和欠驱动。其中，全驱动指灵巧手的每一个自由度都配备一个独立的执行器；欠驱动指灵巧手的自由度数量大于所配备的执行器数量。
◼ 全驱动灵巧手可通过独立的执行器分别来操纵灵巧手的各个关节臂部位，精度更高，具备更强的适应性，但成本更高、结构更为复杂；欠驱动灵巧手通过有限的驱动单元来拉动其余不具备执行器的部位，精度较低，但结构简单且成本较低，可以满足大部分特定场景。
◼ 由于全驱动灵巧手壁垒较高，当前，以欠驱动灵巧手为主流方案的厂商更多。部分厂商将全驱动与欠驱动相结合，在功能性要求较高的手指（食指等）上采用全驱动方案，在功能性要求较低的手指（小拇指等）上采用欠驱动方案，以满足精度和成本要求。
驱动方案：外置+混合置短期落地更快
◼ 按驱动器所在位置可以把灵巧手分为外置和内置两种，混合置应运而生。其中，1）外置指将驱动器放在手部外部或手臂上，使手指更为纤细并且可以采用更大功率的驱动器以满足手指抓取的需求，但同时具有精度较低、无法反映手指关节位置和驱动力的缺点；2）内置指将驱动器集成在手指内部，具有更高的精度，但集成式驱动器会导致灵巧手的体积变大，会影响其灵活度；3）混合置指将主要的驱动器内置，便于精确控制，将辅助的驱动器外置便于提高抓取力。虽然混合置结合了内置和外置的一部分优点，但其由于部分驱动器外置，仍需要采用腱传动，结构复杂、重量较大。
◼ 当前内置虽为当前市场的主流方案，但从短期来看，采用外置和混合置方案的灵巧手负载能力更强，ToB简单场景落地更快。随着后续技术的不断优化，精细化场景需求提升，驱动器内置式灵巧手需求量也将上升
驱动方案：电机驱动为主流方案
◼ 按照驱动方式，灵巧手可分为电驱动、气压驱动、液压驱动、形状记忆合金驱动（SMA）。
◼ 相较于其余驱动方式，当前电机驱动为主流，其具备控制精度高、响应速度快、模块化设计等优点，适用于较为精密的工作场景，与人形机器人更契合。液压驱动虽然工艺成熟，具有负载大的优点，但控制精度较低、响应速度慢，与工业机械更契合。
驱动方案：空心杯或向无刷有齿槽切换
◼ 电驱动灵巧手所采用的电机可分为空心杯电机、无刷直流电机、无框力矩电机三大类。
◼ 空心杯电机因其体积小、转速高等优势为当前灵巧手电机主流方案，典型产品为特斯拉一代灵巧手；无框力矩电机可以提高部件的负载能力，在人形机器人手臂中用量较多，与灵巧手的精细化场景匹配度较低且成本较高，当前应用较少。
◼ 无刷有齿槽电机是无刷直流电机的一种，是高集成化和成本的折中选择。特斯拉二代灵巧手将电机从手部移到小臂，空间的释放使得无刷有齿槽电机的应用空间显现。虽然其相较空心杯电机而言，在响应速度和精度上略有不足，但成本较低、使用寿命较长，顺应灵巧手降本趋势。
传动方案：齿轮/蜗轮蜗杆传动效率高体积大
◼ 齿轮传动一般由微型减速器带动齿轮组实现传动。其中，微型减速器主要为谐波减速器和行星减速器。谐波减速器由于传动精度较高，一般用于指关节；行星减速器承载能力强，一般用于手部，且成本较低。
◼ 蜗轮蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递交错轴之间的运动和动力，具备传动效率高且稳定性好的特点。
◼ 齿轮/蜗轮蜗杆传动均将旋转变成直线运动，虽然驱动较为灵活，但均有结构冗杂，笨重，柔性不足，抗冲击性能较弱的缺点。
传动方案：连杆传动承载力高但效率低
◼ 连杆传动系统通过一系列刚性或半刚性的连杆组件将动力源的运动传递到末端执行器，并以此实现手指的运动。相较于齿轮/蜗轮蜗杆传动，其通过损失一定的传动效率来提高灵巧手的承载力，具有刚度好、加工制造容易、传动精度较高，可实现多种运动规律和运动轨迹的优点。但与齿轮/蜗轮蜗杆传动类似，连杆传动方案同样具有结构复杂、重量大、抗冲击能力弱的缺点。
◼ 当前采用连杆传动方案的典型产品有BeBionicHand、因时机器人-RH56DFX等。
传动方案：丝杠传动精度高柔性差
◼ 丝杠传动与齿轮/蜗轮蜗杆传动相同，也将旋转变成直线运动，方案主要可分为梯形丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。其中，滚珠丝杠和行星滚柱丝杠在灵巧手中采用较多。
◼ 相较于梯形丝杠，滚珠丝杠和行星滚柱丝杠在精度和寿命上有显著提升，与当前人形机器人精细化场景相契合，但是成本较高。其中，行星滚柱丝杠成本更高，约为滚柱丝杠的3-5倍。
◼ 丝杠传动虽然精度较高，但是柔性较差，灵活性有待提高。
传动方案：腱传动灵活但精度低
◼ 腱传动的工作原理是采用腱绳（如钢丝绳或高分子材料绳）作为传动介质，利用滑轮或卷绕机构实现动力传输。这种方式能够大幅减少系统重量，提高灵活性，同时降低摩擦损耗，使得灵巧手的动作更加平滑自然。
◼ 腱传动因布置形式多变而具有不同结构，目前常见的结构有腱-腱鞘式、等径滑轮式、带轮传动式三种。腱传动具有结构紧凑、重量轻、灵活性高的优点，但精度相对较低且腱绳易磨损，寿命有限。
传动方案：微型丝杠+腱绳传动为1+1>2
◼ 微型丝杠+腱传动复合方案实现互补。在传动方案中，丝杠的传动效率和精度综合能力更强，与人形机器人前期的精密装配应用场景契合，灵活性较差但可通过腱绳来弥补；而腱传动的灵活性更强，符合灵巧手自由度逐步提高的趋势，精度较低但可通过微型丝杠来弥补。因此，微型丝杠+腱传动复合方案应运而生。
◼ 技术路线逐渐收敛，关注微型丝杠+腱绳企业。特斯拉Optimus Gen3 灵巧手采用行星齿轮箱+微型丝杠+腱绳传动方案，技术路线进一步迭代。国内微型丝杠+腱绳玩家有望受益。其中，五洲新春拟投资10.5亿元建设行星滚柱丝杠、微型滚珠丝杠等产能；震裕科技微型丝杠产品实现送样；大业股份联合高校和客户开发腱绳新产品。
感知方案：从用途看，分为力觉、触觉感受器
传感器是人形机器人模仿人类感知的产品，是人形机器人与外界实现交互的重要零部件，其在灵巧手上的应用可分为力觉传感器——力/力矩传感器和触觉传感器——柔性传感器、MEMS压力传感器。其中，1）力/力矩传感器主要用于精准抓取和搬运物体；2）柔性传感器又称为“电子皮肤”可以用来感受物体形状；3)MEMS压力传感器可用于指尖部位，与柔性传感器的应用场景具有一定的重合度。
感知方案：从原理来看，技术路线多样
◼ 力觉、触觉传感器按照原理可分为光电式、压电式、电容式、压阻式、霍尔效应式、摩擦电式、应变式等多种类型。其中，霍尔效应式和摩擦电式主要应用于柔性传感器中，应变式主要应用于力/力矩传感器中。
◼ 当前，除了力/力矩传感器的技术路线基本收敛至应变片式，柔性传感器和MEMS压力传感器的技术路线暂未确定，为多轨并行。
力/力矩传感器：应变式六维力矩传感器为主流
◼ 应变式六维力矩传感器由于具有良好的线性度、较高的精度，拥有多维解析能力，为当前灵巧手主流力觉传感器方案。
◼ 力/力矩传感器按照维度可分为一维、三维、六维。一维力传感器专为单向力检测设计，要求受力方向与坐标轴轴线方向完全一致且作用点恒定；三维力传感器可应用于力的方向随机变化的场景，但要求力的作用点固定且与标定参考点重合
◼ 六维力传感器突破上述两种传感器的限制，适用于力的作用点和方向随机变化的场景，可实现全维度的感知，因而具有最强的解析能力，主要应用于灵巧手的手腕。以特斯拉Optimus为例，其手腕关节需要配置2个六维力传感器。
柔性传感器：人机交互与环境感知的核心环节
◼ 柔性传感器是可分为敏感层、电极层、基底层、封装层、粘合层5层，这一结构使得柔性触觉传感器不仅具备高灵敏度和广泛感知范围，还能在动态弯曲、拉伸等极端条件下保持稳定输出。
◼ 柔性传感器一般被安装在灵巧手每根手指的第一关节和第二关节，根据部位调整传感元件数量。比如中指和食指由于尺寸较大，需要支持的功能较多，因此需要装配3个传感元元件，而大拇指只需要装配2个。
◼ 柔性传感器的核心是提高灵敏度、稳定性和集成化。其中，1）稳定性是最大的挑战，需要有效的封装材料和策略以解决与温度相关的不稳定性和机械变形带来的损坏和疲劳；2）阵列集成则要求柔性传感器具有紧凑又简单的设计、高密度集成化、可寻址性等特点，
MEMS压力传感器：柔性有待提高，多用于指尖
◼ MEMS压力传感器基于微机电技术制造，利用集成化的机械系统测量和感知各种物理量一般由一个薄膜和一个固定电极组成。当压力作用于薄膜时，电路组件之间的电容会改变，并通过传感器转别为电信号，广泛应用于汽车、航空航天等领域。
◼ 近年来随着人形机器人对触觉传感器提出新要求，MEMS压力传感器开始向机器人领域拓展。相较于柔性传感器，MEMS压力传感器一般采用硅基材料和金属等硬质材料制造，生产成本较高，且缺乏柔性，无法单独大规模应用在整个灵巧手上。
◼ 常见的MEMS压力传感器技术路线有电容式、压阻式等，后者应用更为广泛，技术更为成熟，多用于灵巧手指尖部位，或为短期落地最快的MEMS压力触觉传感器之一。
传感方案：技术未收敛，向多模态进发
◼ 一元感知无法满足人形机器人应用场景需求，多模态势在必行。由于人形机器人的最终目的是走入人类社会，灵巧手作为其与外界社会直接交互的核心部件，需要具备多维感知能力，包括压触觉、温湿度、触觉等。
◼ 多维触觉+视觉结合，感知能力持续升级。以帕西尼Dex H13 Gen2 灵巧手为例，其在手部新增高清AI手眼相机，使得灵巧手在具备多种触觉感知能力的基础上，拥有视觉感知能力。
◼ 复合传感器进程提速，实现互补。当前传感器方案技术仍未收敛，力觉传感器和触觉传感器在一定程度上也可实现互相替换，故而掀起复合传感器研发浪潮。例如将MEMS技术融入应变式六维传感器中，使得其同时实现小型化与高负载特性；将柔性材料融入MEMS压力传感器中，以弥MEMS传感器缺乏柔性的缺点。
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