NE时代

◎ 灵巧手，别急着分路线。

△ 撰文：董志洋

Figure放弃了第一代腱绳灵巧手，特斯拉也曾多次修改手部方案。两家公司的经历让腱绳再次成为争论焦点，但它们遇到的工程问题，并不能只靠“用不用腱绳”五个字讲清楚。

在最近的Core Matter播客《What Tesla and Figure Reveal About Robot Hands》中，主持人Michelle Sun与RoboStrategy机器人研究与尽调总监Scott Walter花了一个多小时拆解这场争论。

Walter转述，Figure创始人Brett Adcock将首代腱绳手视为一次严重的工程失误；而他自己则认为，腱绳和其他驱动方案都面临难题，采用腱绳的团队内部也有不同做法。

Walter没有给腱绳或电机直驱判输赢。一只手怎样把力量传到指尖、碰到物体后怎样维持动作，还取决于它要装在什么机器人上、完成什么工作。

电机藏进前臂以后

如果要把一只机器人手做得接近人手大小，首先得为驱动找位置。

手指内部空间有限，电机放进去，手指就可能变粗、变重。腱绳方案把部分驱动移到前臂，让绳索像人的肌腱一样牵动关节，手指因而可以做得更轻。

但是，麻烦从手腕开始。

机器人握着东西转动手腕时，腱绳也得跟着经过这个活动关节。如果走线路径发生变化，绳索可能被额外拉紧或放松，手指便会受到原本不属于抓握指令的牵动。

Walter用自行车刹车线作类比。车把转向时，里面的钢线跟着弯曲，外面的套管帮助维持有效线长，刹车不会因为车把一转就自行收紧。用于机器人手的鲍登管，处理的是类似问题。

但一只高自由度灵巧手要通过手腕的不止一根腱绳，每根绳索和套管都需要走线空间，弯折不能过急；套管还会增加摩擦，并成为需要维护的部件。

Walter谈到，特斯拉曾展示带鲍登管的手，后来展示的版本又作了调整；1X也使用过这种走线方式。

解决腕部走线，还只是让力量抵达手指。手指弯曲后，怎样再张开？

腱绳 受拉时可以带动关节，却不能像硬杆一样把关节推回去。因此，设计者需要另一根反向牵引的腱绳，或者用弹簧让手指复位。前一种方式增加绳索和驱动，后一种方式则把张开的动作交给预设的弹性结构。

材料也不能只看强度。金属线与纤维绳在弯折、伸长和磨损上的表现不同；绳索使用一段时间后，长度或张力发生变化，原先调好的动作就可能需要重新校准。

Figure遇到的困难，发生在一整套系统里：驱动、腱绳、腕部走线、张力和维护必须一起工作。 Figure放弃了首代腱绳手，但特斯拉、1X等团队仍在尝试不同的走线和传动方式，这场“争论”针对的并非同一套设计。

能弯，不等于能控制

不让腱绳从前臂穿过手腕，可以把电机移进手掌，也可以让电机更靠近手指关节，这减少了长距离传动，却把空间和重量压力带到了手部。

电机放在手掌内，手掌可能变厚。用连杆从手掌向手指传力，可以同时拉动和推动关节，不必完全依靠另一根腱绳让手指伸直；但连杆怎样布置，也会预先决定几个关节如何联动。

Walter举了一个容易被参数掩盖的区别：有15个能够活动的关节，不等于机器人能分别控制这15个关节。如果整只手只有5个电机，而多个关节由同一台电机带动，控制器下达一次指令，它们就会按机械结构规定的关系一起运动。

这种设计不一定妨碍抓取，手指朝同一个方向合拢，足以握住许多物体，它也能减少电机数量，让结构更紧凑。

但碰到形状不规则的东西，区别就出来了。

假如手指的一节已经抵住物体，另一节还需要继续弯曲，预设的联动关系未必允许机器人单独调整后者。

Walter用拿瓶子说明，手指若沿固定轨迹收拢，可能在关键位置没有碰到瓶身；能先伸到合适位置，再分别弯曲的手，调整抓法的余地更大。

因此，看灵巧手的自由度参数，需要弄清它说的是关节能够怎样活动，还是电机能够独立控制多少动作。两者有关，却不是同一个数字。

舞肌选择把小电机放进指节，再通过传动机构把力量送到关节。Walter注意到，承担主要抓握作用的关节使用了输出更强的驱动，这种布置为电机找到了指节内的空间，也要处理电机轴向与关节转动方向不同的问题。

Sharpa采取另一种布置，把驱动放在关节附近。电机离需要转动的部位更近，传动路径缩短了，可关节周围的空间更紧张，电机和相关结构也会增加手指自身的重量。

舞肌方案中的蜗轮蜗杆，又带出另一个实际问题：关节能不能被外力推着动。

传动机构可以帮助小电机获得抓握所需的输出，但有些结构很难反向带动。机器人手碰到硬物时，如果关节几乎不退让，接触力就不容易通过机械运动释放；要让它更容易顺应外力，传动设计又需作出调整。Walter讨论舞肌的改进时，关注的正是输出能力与反驱之间的取舍。

当然，手指的价值也不能只按“力量”排序。

拿锤子一类工具时，小指未必提供最大的握力，但它所处的位置有助于把工具稳定在掌中。少一根手指，影响的可能不是“还剩多少力量”，而是工具在手里会不会晃动。

关节和电机数量的参数只能说明灵巧手的一部分能力，却无法单独判断机器人能否握稳工具，或在手指碰到物体后调整抓法。

一端求简，一端做满

在节目中，他们还讨论研究了几种差别更大的设计，它们仍然要处理抓握，却没有沿着“把现有手做得更像人手”的单一路径前进。

Allonic首先改变了手部结构的制作方式。它以“打印”出的支撑件为基础，在外部编织纤维，让部分传力和约束结构进入编织层，而不是全部依赖逐个装配的小型机械关节。

Walter看重的是更换方式。灵巧手需要反复接触物体，易磨损的部分迟早要维修；如果手部结构可以更快、以更低成本重新制作，更换整块部件就可能比逐处修理合适。

不过，这仍是设计思路和成本预期。Walter提到的约100美元物料成本，指的是未来形成规模后的估计，还不是当前售价。他也在节目中主动披露，Allonic在RoboStrategy的投资组合中。

Daxo则朝增加驱动的方向走。Walter介绍，其设计最多使用约120根腱绳及相应的小型驱动，数量远超通常讨论一只灵巧手时提到的配置。

为什么要放这么多？

一根 腱绳 只能沿自己的方向施力，几个关节共用有限的牵引线路时，手指虽然能弯曲，却可能难以在受到外力后维持指定姿态。增加腱绳，可以让不同的驱动共同承担力量，并对手指的位置和刚度作更细的调整。

Daxo还试图从驱动端读取接触信息。手指压到物体时，参与牵引的多根腱绳受力会随之改变；如果系统能识别这些变化，就有机会从前臂驱动端推断手指在哪里碰到了东西。它不等同于在指尖贴上一块触觉传感器，而是利用整套传动系统的反馈。

然而，更多腱绳意味着更多驱动、布线与控制工作。Allonic尝试改变易磨损部件的制造和更换方式，Daxo则增加系统复杂度，换取力量与控制上的更多选择。

手不必等人形机器人

Tacta提出了另一种选择：先看工作要怎么做，再决定手要装在哪里。

团队用数据手套记录工人在真实任务中的动作，观察不同手指究竟怎样参与操作。

而在一些被记录的任务里，后两根手指并不像人们想象得那样频繁参与精细动作，这让团队重新考虑，完成这些任务是否一定需要五指手。

但手指参与动作的频率，并不是唯一标准。Walter同时提到，人使用五指还为了分担握力、减轻疲劳；机器人换成三指后，也得重新解决握持力量和稳定性。

数据手套记录的是工人在这些具体任务中，哪些手指参与了操作。即使有些动作主要靠三根手指完成，也不能据此认定三指灵巧手能胜任所有工作。

Tacta的驱动选择也不同于前面讨论的腱绳与关节电机。Walter用流体传力解释其思路：驱动装置改变流体状态，力量沿管路传到手部；管路经过腕部时，不必像牵引绳那样，依靠绳索长度的变化直接决定手指位置。

目前，这套装置可以把驱动放在更大的外部基座中。因为Tacta面向的是协作机器人和工业机械臂，它不必先把所有部件压缩进人形机器人的前臂，也不用为了人形机器人手腕的重量限制，提前放弃某些结构。

数据手套和触觉系统同样是这套设计的一部分。Walter认为，只记录手怎样移动，不记录接触物体时发生了什么，会丢掉操作中的重要信息。手指碰到了哪里、施加了多大力量，决定了下一步该继续推、停下，还是换一个角度。

他以数据中心线缆插接为例，连接器进入接口时，视线未必能看清接触部位，操作者却能从阻力变化和最后的卡合感判断是否插好。机器人若要完成类似任务，仅知道手移动到接口附近还不够，还得识别接触后的变化。

电子产品装配中的一些工作也是如此，人在工位上坐着完成操作，不一定需要机器人具备双腿和完整躯干；现有机械臂已经能够把末端送到工作区域，真正缺的可能是一只能用工具、能感知接触并及时调整的手。

Tacta因此没有把灵巧手当成一个单独销售、装上机器人就结束的部件，而是同时考虑手部、人的操作数据、触觉采集和机械臂上的执行方式。

Figure放弃了首代腱绳手，特斯拉调整过自己的设计；舞肌、Sharpa、Allonic、Daxo与Tacta，又把电机、腱绳和其他驱动结构放到了不同位置。

那么，哪条路线更先进？

同样叫灵巧手，有的必须适应人形机器人的尺寸和重量，有的可以把驱动留在机械臂外部。把使用位置和任务确定下来，关于腱绳、直驱和手指数量的争论，才有了讨论的前提。

▽ 播客来源地址：

https://corematter.substack.com/p/humanoid-robot-hand-design-tradeoffs

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