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可量化灵巧度指数的灵巧手问世!中国团队用“量化体系”撕破“伪灵巧”困局

2025-05-30| 发布者: xiaobian| 查看: 186

知乎上有一个问题:机器人的末端执行器,是需要通用灵巧手还是专用快换末端?一个高赞的回复是:最终大概率是手,前提是灵巧手真的足够灵巧。通用机器人的末端执行器需 ...

知乎上有一个问题:机器人的末端执行器,是需要通用灵巧手还是专用快换末端?

一个高赞的回复是:最终大概率是手,前提是灵巧手真的足够灵巧。

通用机器人的末端执行器需要实现的功能主要有两个:一是Grasping(抓取),即通过接触物体表面并施加力,使其保持稳定状态的动作;二是Manipulation(操作),即对已抓取的物体进行有目的的运动或状态改变。

前者是末端执行器最基本的功能之一,后者则要求末端执行器不仅要有足够的力量和精度来控制物体的运动,还需要有智能的控制系统来规划和执行这些复杂的动作。

通过对人手日常工作场景的动作切片分析可以发现,大部分的人类手部操作都是Manipulation动态动作,而不仅仅是Grasping静态动作。

人类对“机器换人”的执念已有数十年,这场革命始终卡在一个看似简单的命题上——如何让机械的“手”像人类一样灵活。来自浙江新昌的一群工程师,正以“重构”的锋芒和“敢为”的勇气,为理想与现实之间的技术难题找到最优解。

5月30日的【重构 · 敢为】2025灵巧智能新品发布会上,这家以灵巧操作为核心科技能力的公司,聚焦机器人灵巧手和灵巧操作两大技术领域,推出三大革命性产品——高灵巧度灵巧手DexHand021 Pro、千元级三指灵巧手DexHand021 S,以及千赫级响应的数据采集系统DexCap。

发布会现场围满一众灵巧手从业者和发烧友,众人瞩目的并非一次新品发布,而是一种重新定义人机交互边界的颠覆性技术出现。

1962年世界上最早的灵巧手Belgrade诞生,到如今高自由度、多模态感知的灵巧手在多个领域的广泛应用。六十多年的发展过程中,灵巧手的进化始终以复刻人手的灵活为终极目标,自由度的堆叠成为首选,例如英国老牌灵巧手企业Shadow Robot灵巧手拥有24个自由度。

高自由度=灵巧度?

灵巧智能CEO周晨指出,长期以来,机器人末端执行器领域存在“高自由度即等于高灵巧性”的认知误区。

自由度是指灵巧手能够独立运动的轴数。一根具有多个关节的手指,每个关节的旋转或弯曲都可以算作一个自由度。高自由度意味着手部可以有多种运动方式,从理论上来说,自由度越高,手部运动可能性越多。而灵巧度更多是一种综合性的概念,而不仅仅取决于自由度的数量。

关于前面的问题,灵巧智能给出了自己的回答——首次提出“灵巧度指数(Dexterity)量化体系”。

周晨介绍,该体系通过物理灵巧度指数Index of Dexterity(IOD:自由度构型、运动空间和力等),感知指数Index of Sensitivity(IOS:触觉等)与智能指数Index of Intelligence(IOI:抓握与掌内操作泛化能力等)三大指数,重新定义灵巧手的性能评估标准。

在推进硬件技术突破期间,灵巧智能的研发团队意识到单纯追求"高自由度"并无意义,存在设计冗余、可靠性降低与能耗失衡的局限。而“灵巧度指数量化体系”这种多学科交叉的研发范式,不仅使产品更贴合实际应用场景的功能需求,更为"模型定义硬件"的理念提供了准确的生物学参数与工程约束条件,形成从模型到硬件验证的闭环优化链路。

灵巧手的发展需要在自由度、驱动方式、感知能力等维度之间找到平衡,以实现真正的灵巧度。这不仅是一个技术挑战,也是未来灵巧手能否走出实验室、走向广泛应用的关键所在。

DexHand021 Pro:重塑灵巧手性能标杆

作为全球首款通过量化指标定义"灵巧度"的尖端产品,DexHand021 Pro自问世便以"自由度≠灵巧度"的研发理念突破行业认知。通过22自由度仿生架构、双绳驱正反向驱动系统、腕手协同控制技术以及全域感知四大核心创新,实现人类级精细操作与工业级稳定抓取的统一。

据介绍,该灵巧手是去年5月发布的DexHand 021的升级版,历经8个月6次工程迭代后,DexHand 021于去年10月成功实现量产。

此次亮相的DexHand021 Pro采用仿生结构设计,具备22个自由度,其中包括16个主动手指自由度、4个被动自适应关节,以及2个主动腕关节,可精准地模拟人类手指的精细操作和强力抓握动作。无论是高速精密的捏取动作,还是需要爆发性抓握力的任务,DexHand021 Pro都能轻松应对。

同时,其被动自适应关节的仿生指节设计,不仅保持了抓取力量,还能自适应物体形状,有效避免过载损伤,为复杂操作提供了可靠保障。

在驱动方式上,此次采用的双绳驱正反向驱动技术是DexHand021 Pro的核心创新之一。基于人体生物力学特性和机器人运动学优化设计,精确映射人手自然操作的空间范围,并通过数学建模与动态调节机制实现性能突破。

这种设计实际上是一种绳驱的并联结构,但这种结构的天然优势在于,可以进行跨关节的动力传输。

灵巧智能CTO朱豪华表示,单根手指如需实现三个主动自由度,必然需要跨关节的驱动,如果采用连杆、直驱的方式,就需要把电机或执行器内置到指关节中。这会对灵巧手的运动性能和力学性能等方面将造成极大的限制。

据了解,双绳主动控制突破了传统单绳驱的局限性,实现了多维运动与抗干扰能力,即使在作业中遭到突发碰撞的外力干扰,DexHand021 Pro也能保持稳定操作。此外,双绳张力实时反馈与高分辨率触觉传感器联动,实现了0.1N级的力控,能够精准地进行微力操作。

实现这种技术并不容易。朱豪华指出,实现双绳驱正反向驱动技术面临着两大难点——

一方面,是结构原理的复杂性。该技术的应用需要综合运用结构学原理,将腱绳在狭窄的手部空间内进行科学排布,确保各手指关节灵活运动,而排列方式直接影响驱动性能。

另一方面则是工程实现的复杂性。灵巧手内部空间狭小,在布置多条绳索的同时留有运动空间,这难度本身就很大。而且,从产品角度来讲,还需要考虑到产品的稳定性、可靠性以及使用寿命等,则更具挑战性。与此同时还要为多个传感器预留位置,保证其正常工作,这使得工程实现更为复杂。

此次腕手一体结构的引入,进一步提升了DexHand021 Pro的操作空间和灵巧度指数。2个主动腕关节的设计,通过直线推杆驱动手腕前后左右摆动,复现人类“翻腕倒水”“侧向插拔”等动作,扩大了30%以上的工作空间。而波浪形连续运动和动态调姿系统则实现了抓取、旋转、放置的连贯操作,可适应非结构化环境。

除了上述几大创新点,DexHand021 Pro还采用了全域感知设计,通过大幅面接触、指尖高点阵、宽量程、高灵敏、多模感知的传感器设计方案,实现手掌的全域感知,提升灵巧手的感知指数,可稳定抓取柔软易损物体。


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