【金猿技術(shù)展】自適應(yīng)軟體靈巧手

靈心巧手技術(shù)

該技術(shù)由靈心巧手投遞并參與金猿組委會(huì)×數(shù)據(jù)猿×上海大數(shù)據(jù)聯(lián)盟共同推出的《2025大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)年度創(chuàng)新技術(shù)》榜單/獎(jiǎng)項(xiàng)評(píng)選。

本發(fā)明公開了一種對(duì)不規(guī)則物體進(jìn)行抓取的靈巧手，涉及軟體機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括安裝支架，安裝支架的外側(cè)設(shè)置有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，安裝支架的外側(cè)設(shè)置有吸附機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)調(diào)整單元，旋轉(zhuǎn)調(diào)整單元設(shè)置于安裝支架的外側(cè)，旋轉(zhuǎn)調(diào)整單元方便對(duì)大拇指的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括彎曲調(diào)整單元，彎曲調(diào)整單元設(shè)置于安裝支架的上方，彎曲調(diào)整單元與旋轉(zhuǎn)調(diào)整單元配合使用，彎曲調(diào)整單元方便對(duì)四個(gè)手指的彎曲狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，吸附機(jī)構(gòu)設(shè)置于安裝支架的右側(cè)，此對(duì)不規(guī)則物體進(jìn)行抓取的靈巧手，通過設(shè)置有旋轉(zhuǎn)調(diào)整單元、彎曲調(diào)整單元和吸附機(jī)構(gòu)，避免靈巧手在使用時(shí)，不能對(duì)靈巧手的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而無法對(duì)不規(guī)則物體進(jìn)行拿取的問題。

關(guān)鍵突破性技術(shù)說明

在機(jī)器人末端執(zhí)行器領(lǐng)域，如何穩(wěn)定、自適應(yīng)地抓取與操作形狀、尺寸、質(zhì)地各異的不規(guī)則物體，一直是制約機(jī)器人邁向更廣泛應(yīng)用場(chǎng)景的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)剛性機(jī)械手依賴高精度軌跡規(guī)劃與復(fù)雜的力控算法，在面對(duì)不確定性高的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境時(shí)，往往存在適應(yīng)性差、抓取策略單一、易對(duì)易碎物造成損傷等問題。近年來，軟體機(jī)器人技術(shù)的興起為解決這一問題提供了新思路，其固有的柔順性與連續(xù)變形能力能夠更好地適應(yīng)物體輪廓，實(shí)現(xiàn)溫和、安全的交互。然而，純軟體手結(jié)構(gòu)也普遍面臨輸出力有限、定位精度相對(duì)較低、響應(yīng)速度慢等挑戰(zhàn)。

基于上述背景，本專利提出了一種創(chuàng)新性的融合軟體機(jī)器人順應(yīng)性優(yōu)勢(shì)與直驅(qū)型機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)可控特點(diǎn)的混合構(gòu)型靈巧手。該設(shè)計(jì)旨在突破單一技術(shù)的局限，通過一種模塊化、可重構(gòu)、剛?cè)狁詈系南到y(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不規(guī)則物體高效、可靠且適應(yīng)性極強(qiáng)的抓取操作，其核心價(jià)值在于解決了傳統(tǒng)方案因姿態(tài)固定、抓取模式單一而導(dǎo)致的“無法有效應(yīng)對(duì)目標(biāo)物幾何與物理特性高度不確定”這一根本性難題。

本靈巧手的設(shè)計(jì)哲學(xué)源于對(duì)人類手部抓取機(jī)理的仿生學(xué)解構(gòu)與工程化重構(gòu)。不同于簡(jiǎn)單復(fù)制生物外觀，本設(shè)計(jì)抽象并強(qiáng)化了人手抓取中的兩個(gè)關(guān)鍵自由度：拇指的對(duì)掌位姿調(diào)整與四指的協(xié)同彎曲包絡(luò)，從而形成了“主動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)+協(xié)同自適應(yīng)包裹”的雙重抓取策略。

多自由度姿態(tài)精確調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)靈巧手“通用性”與“適應(yīng)性”的核心，由旋轉(zhuǎn)調(diào)整單元與彎曲調(diào)整單元協(xié)同構(gòu)成，共同實(shí)現(xiàn)擬人化的精細(xì)位姿控制。

拇指多向位姿調(diào)節(jié)單元：該單元并非簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，而是一個(gè)具備至少兩個(gè)自由度（如軸向旋轉(zhuǎn)、偏擺）的高傳動(dòng)比微型驅(qū)動(dòng)模塊。其直接集成于安裝支架側(cè)方特定區(qū)位，驅(qū)動(dòng)拇指基座實(shí)現(xiàn)大范圍的球面空間位姿調(diào)整。通過精密控制，拇指可在抓取前根據(jù)目標(biāo)物的大致輪廓和預(yù)定抓取點(diǎn)，調(diào)整至最優(yōu)的對(duì)掌位置（Opposition Position）。這一功能模擬了人類根據(jù)物體形狀預(yù)先調(diào)整拇指角度的能力，從根本上擴(kuò)展了靈巧手對(duì)不同尺寸、不同抓持點(diǎn)物體的兼容性。其驅(qū)動(dòng)方式可采用微型伺服電機(jī)直驅(qū)或結(jié)合諧波減速器，確保響應(yīng)快速、定位精確。

四指協(xié)同彎曲驅(qū)動(dòng)單元：針對(duì)四指（食指、中指、無名指、小指）的彎曲動(dòng)作，本設(shè)計(jì)將所有手指的驅(qū)動(dòng)源分散布置于手掌（安裝支架）內(nèi)部，通過剛性傳動(dòng)元件進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，既保證了足夠的輸出力與可控性，又賦予了手指末端良好的適應(yīng)性。控制單元可獨(dú)立或協(xié)同控制各手指的彎曲程度，實(shí)現(xiàn)從精密捏取到強(qiáng)力抓握等多種抓取模式（Grasping Pattern）的平滑切換。

本靈巧手通過上述關(guān)鍵技術(shù)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了以下綜合性能提升：

1.卓越的環(huán)境與對(duì)象適應(yīng)性：結(jié)合主動(dòng)姿態(tài)預(yù)調(diào)整與柔順包裹，能夠從容應(yīng)對(duì)從精密電子元件到粗糙工業(yè)毛坯件，從剛性體到易碎品（如水果、蛋糕）等廣泛對(duì)象。

2.抓取策略的智能與多元化：控制系統(tǒng)可根據(jù)傳感器（如視覺、觸覺）反饋，靈活組合拇指位姿、四指彎曲曲線和吸附力，動(dòng)態(tài)生成最優(yōu)抓取策略，實(shí)現(xiàn)捏、抓、鉤、托、吸附等多種操作模態(tài)。

3.剛?cè)岵?jì)的性能平衡：在保持安全、順應(yīng)性優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，通過直驅(qū)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)和剛性支撐結(jié)構(gòu)，保證了足夠的負(fù)載能力、響應(yīng)速度和控制精度。

4.系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性：模塊化設(shè)計(jì)使得驅(qū)動(dòng)單元、傳感單元可以獨(dú)立維護(hù)或更換，降低了使用和維護(hù)成本。

本專利所闡述的靈巧手技術(shù)，代表了面向非結(jié)構(gòu)化環(huán)境操作機(jī)器人末端執(zhí)行器的一個(gè)重要發(fā)展方向。它通過系統(tǒng)性的構(gòu)型創(chuàng)新，構(gòu)建了一個(gè)高度通用、智能且可靠的抓取平臺(tái)。該技術(shù)有望在物流分揀、家庭服務(wù)、醫(yī)療康復(fù)、太空探索及特種作業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為解決機(jī)器人“最后一厘米”的復(fù)雜操作難題提供了極具競(jìng)爭(zhēng)力的工程解決方案。

專利技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品/服務(wù)

基于本項(xiàng)專利技術(shù)，靈心巧手開發(fā)推出了Linker Hand R30全直驅(qū)開源靈巧手，該靈巧手具備23個(gè)自由度，將專利中所使用驅(qū)動(dòng)源升級(jí)為自研高性能指關(guān)節(jié)執(zhí)行器，并內(nèi)置支持壓感、觸覺、視觸覺等多種高精度、高靈敏度傳感器，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1397個(gè)觸覺點(diǎn)的全方位的觸覺捕捉，從而將專利原型成功縮小到常規(guī)人手尺度，可廣泛應(yīng)用于全尺寸人形機(jī)器人。

開發(fā)團(tuán)隊(duì)

·帶隊(duì)負(fù)責(zé)人姓名：周永

帶隊(duì)負(fù)責(zé)人個(gè)人簡(jiǎn)介：靈心巧手創(chuàng)始人周永Alex zhou，具有10年機(jī)器人研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，2017年開始，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一款智能室外無人車，該車配備先進(jìn)的傳感器和自主導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠在復(fù)雜環(huán)境下自主行駛，并在中國(guó)商飛、環(huán)球影城、港珠澳大橋等知名項(xiàng)目成功落地。此外，Alex還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了柔性機(jī)器人，該機(jī)器人結(jié)合了柔性材料和先進(jìn)具身智能系統(tǒng)，有高度靈活的柔性手，具有出色的靈活性和適應(yīng)性，可用于醫(yī)療手術(shù)、危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域，為人類創(chuàng)造了全新的更安全、高效的工作方式。

·隸屬機(jī)構(gòu)

靈心巧手(Linkerbot)是以“創(chuàng)造萬物”為使命的全球靈巧手領(lǐng)軍企業(yè)(Clever hands create everything)。目前研發(fā)團(tuán)隊(duì)超300人，專注于靈巧操作的具身智能解決方案，占全球高自由度靈巧手80%以上市場(chǎng)份額，是目前全球唯一實(shí)現(xiàn)高自由度靈巧手千臺(tái)量產(chǎn)的公司。獲得2024年中關(guān)村仿生機(jī)器人大賽靈巧手賽道第一名，2025年中關(guān)村具身智能機(jī)器人應(yīng)用大賽產(chǎn)業(yè)生態(tài)與場(chǎng)景應(yīng)用雙一等獎(jiǎng)，入選福布斯「Asia 100 To Watch 2025」、The Information「50 Most Promising Startups 22025」等多項(xiàng)重磅榜單。被斯坦福、劍橋、清華北大等多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，榮耀、中興、美的、富士康等多個(gè)公司使用。

相關(guān)評(píng)價(jià)

我是在某次展會(huì)上見到了該項(xiàng)專利的原型機(jī)，我認(rèn)為其展現(xiàn)出的工程集成創(chuàng)新思維與明確的問題導(dǎo)向極具價(jià)值，是一款有望解決我們特種機(jī)器人行業(yè)實(shí)際痛點(diǎn)的潛力技術(shù)。

從產(chǎn)品應(yīng)用性來看，該專利技術(shù)直擊特種作業(yè)場(chǎng)景的核心需求——對(duì)未知、不規(guī)則物體的可靠抓取。無論是爆炸物處置中的可疑物品轉(zhuǎn)移、災(zāi)后廢墟中的生命探測(cè)還是物資抓取，傳統(tǒng)夾爪往往因適應(yīng)性不足而失效。本設(shè)計(jì)提供了高度的操作冗余和容錯(cuò)性。其模塊化架構(gòu)也符合我們對(duì)于設(shè)備便于快速維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)更換部件的嚴(yán)格要求。

就市場(chǎng)影響而言，該技術(shù)若能量產(chǎn)并優(yōu)化成本，有望在排爆機(jī)器人、極限環(huán)境作業(yè)機(jī)器人、特種物流機(jī)器人等細(xì)分領(lǐng)域開辟新的產(chǎn)品差異化優(yōu)勢(shì)。目前市場(chǎng)上多數(shù)靈巧手要么成本高昂（如宇航級(jí)），要么功能單一、適應(yīng)性有限。此項(xiàng)專利提供了一種在性能、成本與可靠性之間可能取得良好平衡的解決方案。它不僅能夠提升現(xiàn)有特種機(jī)器人平臺(tái)的任務(wù)能力邊界，甚至可以催生新一代專門用于精細(xì)操作的輕量化機(jī)器人臂端系統(tǒng)，創(chuàng)造新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)。

——北京某人形機(jī)器人公司聯(lián)合創(chuàng)始人

我們從學(xué)術(shù)探索與創(chuàng)新孵化的角度，對(duì)這項(xiàng)專利感到十分興奮。它不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明，更像是一個(gè)啟發(fā)跨學(xué)科研究、連接學(xué)術(shù)理論與工程實(shí)踐的優(yōu)秀載體。

該專利為我們協(xié)會(huì)提供了一個(gè)絕佳的仿生與智能硬件綜合實(shí)踐案例。它系統(tǒng)地展示了如何將生物機(jī)理（拇指對(duì)掌、多指協(xié)同）轉(zhuǎn)化為可實(shí)現(xiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方案和控制系統(tǒng)。協(xié)會(huì)在研發(fā)服務(wù)機(jī)器人或參與各類競(jìng)賽時(shí)，經(jīng)常受限于末端執(zhí)行器的通用性。這項(xiàng)技術(shù)所體現(xiàn)的模塊化設(shè)計(jì)理念和剛?cè)崛诤纤枷耄瑯O具教學(xué)和借鑒意義。我們可以想象，基于其核心原理開發(fā)的開源版本或簡(jiǎn)化模型，將能極大地激發(fā)創(chuàng)新熱情，應(yīng)用于助老助殘、家庭服務(wù)等更廣泛的機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)中。

技術(shù)潛力方面，我們認(rèn)為其最引人入勝之處在于它開啟了“硬件自適應(yīng)”與“軟件智能控制”深度融合的探索之門。手本體的高度適應(yīng)性，實(shí)際上降低了對(duì)上游感知與規(guī)劃算法的絕對(duì)精度要求，為基于學(xué)習(xí)（如模仿學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)）的抓取策略提供了更寬容、更接近真實(shí)的訓(xùn)練與執(zhí)行環(huán)境。這非常契合當(dāng)前機(jī)器人學(xué)研究的前沿方向。可以借此平臺(tái)研究如何讓算法更好地與這種新型硬件特性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“智能涌現(xiàn)”，它可能成為連接機(jī)構(gòu)創(chuàng)新與人工智能算法創(chuàng)新的一個(gè)理想橋梁。

——復(fù)旦大學(xué)人形機(jī)器人創(chuàng)新協(xié)會(huì)｜GEIA全球具身智能加速器