人形機器人行業專題報告：動力、傳動、傳感，靈巧手分析框架與零部件選型.pdf

人形機器人行業專題報告：動力、傳動、傳感，靈巧手分析框架與零部件選型。機器人多指靈巧手是一種高度靈活、復雜的末端執行器，因其能夠模仿人手的各 種靈巧抓持和復雜操作能力，得到持續的研發投入和廣泛關注。從應用領域來看， 目前靈巧手實現成熟應用的領域主要有：航空航天、醫療假肢、工業及科研領域。

靈活度設計：靈活度設計是一個取舍與平衡的過程，原因在于更多的靈活度意味 著更強的功能性，但背后需要更多的驅動器與更復雜的結構，必然帶來魯棒性的 下降。對于功能性的衡量，通常采用 Cutkosky 抓取分類法。多數高靈活度靈巧 手需要面臨的一個任務是單關節雙自由度的實現，目前具有代表性的傳動形式有 三種：（1）雙軸正交結構；（2）球/孔結構；（3）差動齒輪組。

動力源：包括選擇動力源的種類、位置及數量，以及適配的減速器。目前電機驅 動已成為主流驅動方式。電機類型包括直流無刷電機、無框力矩電機、空心杯有 刷電機、空心杯無刷電機，減速器類型包括諧波減速器和行星減速器。 傳動結構：傳動系統的設計不僅決定了靈巧手的機械結構，而且直接影響到靈巧 手的抓取穩定性和靈活性。腱傳動對于空間狹小、傳動精密的靈巧手空間設計較 為友好，關鍵在于腱繩材料的選擇；連桿、齒輪等傳動方式更為直接，但對空間、 設計的要求較高。

傳感系統：根據傳感器在機器人手中的布局和功能，可將傳感器分為兩類：內在 傳感器和外在傳感器。內在傳感器反饋機器人本體的運動或動態信息，如手關節 角度、關節扭矩和肌腱應變，而外在傳感器感知外部環境，如壓力、力、溫度和 平滑度。

行業判斷：1）作為人形機器人與外界交互的重要媒介，靈巧手是機器人功能性 的直接體現。這一方面決定了其在人形機器人體系中的重要地位，另一方面預示 著五指靈巧手與人形機器人功能對應，在硬件層面可選的方案數量將大于其他部 位；2）五指靈巧手可以不依附于人形機器人而單獨存在，如機械臂、遠程操作 手套、假肢等，這決定了五指靈巧手的遠期市場容量的進一步擴大；3）五指靈 巧手作為一個功能單元，相較人形機器人其他部位，其自身零部件數量更多，硬 件結構更為復雜，需要集合整手的運動控制、末端傳感、人機交互等，最終可能 造成五指靈巧手環節的競爭更加多層次，也容易演化成為單獨環節。