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靈巧手當下正面臨技術、產品路線、商業路線均未收斂的發展現狀。作為人形機器人的核心零部件,或許靈巧手的發展比本體更急,野蠻生長期下暴露的問題,也正是未來的突破機遇。
作者:彭堃方
編輯:呂鑫燚
出品:具身研習社
WAIC現場當你拿起放大鏡,你會發現一個奇怪的現象:
一邊是高自由度,甚至兼具觸覺和力控,能毫秒級指令響應的五指靈巧手,它能捏起豆腐、玩魔方,和人手能力相差無幾,但另一邊搭載在本體上或機械臂上的末端執行器卻為二指夾抓,現場演示精細化操作,如做蛋雕、打麻將。
現場演示所折射出的二指與五指靈巧手的沖突,在廠商試圖展示模型能力的demo中也有跡可循。在一些柔性長程任務中,廠商更偏愛用二指夾爪,就算使用五指靈巧手,但大部分抓捏、折疊、遞放等動作,也只是通過兩根手指完成。有本體廠商跟具身研習社透露原因“展示求穩,二指確實更穩”。
當然這一現象并不只存在于國內,國外本體廠商曾做過長時間干活直播,但全場直播下來,大多手指工作參與度并不高,也只是在用兩根手指完成。
這現象的背后,究竟是靈巧手本身不好用,還是場景根本不需要靈巧手,抑或測試和實際應用存在明顯GAP?
具體來看,有觀點認為機器人靈巧操作的核心所依仗的就是高靈巧度的靈巧手,同時人類社會的工具也都是為人手設計的,靈巧手自然擁有場景優勢。但也有觀點認為五指存在冗余,在工業場景中絕大多數都可以用夾抓完成。
二是,本體廠商需不需要第三方靈巧手?不可否認的是靈巧手廠商有自身專精優勢,但會涉及到和本體的適配性問題。本體廠商是選擇自研進行成本控制還是追求高性能,這可能進一步演化為長線利潤最大化與短期商業可行性之間的對壘。
三是,什么樣的靈巧手才有產品化可行性?目前看靈巧手的評判維度,不在于單一性能指標的突出,而是尋求一個平衡,在保持性能維持基準線之上也要具有價格優勢,六邊形產品或許更受喜。
可見,靈巧手當下正面臨技術、產品路線、商業路線均未收斂的發展現狀。作為人形機器人的核心零部件,或許靈巧手的發展比本體更急,野蠻生長期下暴露的問題,也正是未來的突破機遇。
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靈巧手到底靈不靈?
單從靈巧手產品本身來看,市面上五花八門的靈巧手已經卷出新高度。
靈巧智能的DexHand021 Pro憑借“手腕協同”能夠復現出翻腕倒水的操作;強腦科技推出的超輕巧靈巧手Revo2,自重僅383g卻能提起20kg的重物;傲意科技的ROH-AP001能夠實時感知0.1N至25N細微壓力變化,捏起薯片或是握持重型工具都不在話下……
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圖片來源:因時機器人
總的來看,第三方的靈巧手優勢在于垂直專業度。一方面,廠商大多是零部件背景出身,如電機、傳感器,在零件可靠性、規模化量產上占據優勢,另一方面,又因其較早布局并深耕這一領域,在多項核心技術指標上有明顯身位領先。
前者如因時機器人,憑借微型伺服電缸技術,通過自研空心杯電機、行星滾柱絲杠及閉環控制系統,將驅動、傳動、傳感高度集成,實現靈巧手結構簡化與可靠性躍升,目前累計出貨數千臺,并已迭代出第五代產品。
后者像靈心巧手則打破自由度上限,其科研版靈巧手能擁有42個自由度,遠超英國Shadow Hand(24DoF)和特斯拉Optimus第三代靈巧手(22DoF),甚至在自由度這一指標上某種程度已經超越人手(27DoF)。
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圖片來源:靈心巧手
盡管如此,但是能看到真正體現模型能力或做精細化操作的時候還是二指用得更多。WAIC大會中銀河通用的機器人在商超值守、零配件分揀和料箱搬運中都是使用二指夾抓。其他廠商在取送飲品、制作冰激凌等場景也是如此。
放著靈巧手不用,首當其沖的問題在于,靈巧手似乎沒那么靈巧,具身研習社在調研時,收到很多本體廠商的反饋,有廠商表示,“很多靈巧手買回來測試,不到幾小時就崩潰了。”還有廠商曾做過橫向對比,“市面上的很多家都采購過,現階段來看還是二指性價比更高”。
由此可見,或許靈巧手本身的展示不存在明顯問題,但跟本體適配中會面臨如延遲響應、力控誤差、手眼協同與多模態數據融合等不適配或難適配的問題。
因此有人選擇親自下場做手,以期達到不受限于人的目的。本體廠商星動紀元、智元機器人、宇樹科技等,相繼推出了自研五指靈巧手。
畢竟,自研靈巧手能夠很好地適配自身的運控算法,解決手眼協同以及通信延遲問題。機器人本體廠商憑借對自身機器人的整體架構、運動特性、傳感器布局等的深入理解,在自研靈巧手時,可以將靈巧手的設計與機器人的運控算法進行深度協同,使靈巧手的運動與機器人的整體運動更加協調一致,提高操作的流暢性和準確性。
而且,自研靈巧手可以與機器人的其他傳感器進行無縫連接,實現數據的實時共享。比如,在視覺傳感器檢測到物體的位置和姿態變化時,運控算法可以迅速調整靈巧手的抓取動作,確保抓取的穩定性和準確性。而目前行業內VLA模型有向VTLA多模態操作模型演變趨勢,其中靈巧手的觸覺數據正是模型迭代的關鍵。
選擇自研除了適配外,最重要的原因在于成本控制。
靈巧手在整機成本中約占四分之一到五分之一,是整機中成本的大頭。在機器人普遍降本進入市場過程中,如何將末端執行器的成本下拉,決定了整機能否真正降到位。
此外,一些廠商推出末端執行器甚至有沿途下蛋,通過賣“手”進行商業化的可能。比如帕西尼在“觸覺傳感器-靈巧手-人形機器人”這條發展路徑中,靈巧手正扮演著為人形機器人積累技術資產與資金回報的角色。
“手”所面臨的現狀,其實可以看作“硬件制約軟件”的縮影之一。多位本體企業創始人曾向具身研習社表示,目前硬件的狀況并不能完全還原模型能力。
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ALL IN ONE還是按需適配?
靈巧手暫未大面積應用的背后,不僅僅是自身的發展因素,還有企業間的觀點博弈。不管是自研還是第三方靈巧手,現在仍沒有“一定要做五指”的共識,這種無共識的背后是產品邏輯的迥異。
二指夾抓的擁躉,如Grasplt軟件的創作者Matei曾有論斷:兩指夾鉗可以解決人類社會95%的問題,剩下的問題即使有靈巧手也難以解決。然而更能讓人信服的現實是,二指夾抓能夠有效降低末端執行器的成本,優化成本結構。同時,二指因其單一穩定的運動形式可靠性較高,在特定被夾持零件的重復性任務中,便于控制也是行業考慮的點。
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圖片來源:戴盟機器人
三指夾爪與二指相似。不過它相較二指而言,三角形的結構更穩定,能夠更好地鉗住不規則物體。
目前二指技術成熟度較高,較少企業單獨作為產品售賣。但三指產品則普遍售賣并應用,如靈巧智能今年5月推出的DexHand021 S、宇樹科技此前桌面操作視頻所用的Dex3-1以及波士頓動力Atlas搬運貨物時所用的夾爪。
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圖片來源:宇樹科技
而做四指、五指靈巧手的廠商,他們認為靈巧手與二指、三指夾爪不同在于,諸多精細操作中,夾爪無法勝任。從產品邏輯來看,五指靈巧手可視為絕對終局,打造一款絕對通用的手能滿足大部分需求。
這類企業他們認為應該追求真正的高靈巧度,低靈巧度的手不如直接做成夾抓。靈巧智能CTO朱豪華說“綁住無名指與小指后,70%的日常操作會受限”。也有投資人認為整個人類社會的環境、工具、場景都是針對人手結構優化的,因此仿生的靈巧手是最適合人類社會的。
值得注意的是,五指靈巧手是當下最受爭議的存在,一部分人認為其是整個行業的“類人產品形態”的執著,獵豹CEO傅盛曾表示,這源于“人類對自身形態的迷戀”,達芬奇手術機器人僅用兩根手指即可完成精細操作。甚至有些企業采用五指靈巧手并非是為了場景作業,而是單純地將其視作構成“人形”的一部分,這也是靈巧智能CEO周晨所說的兩種市場之一,“配在人形和本體上,以樣子出現”。
因此,回到本體企業來看,是“夠用就好”選擇夾爪,還是“復雜場景少不了”五指靈巧手?
總的來說,這些路徑的選擇背后是產品邏輯的博弈,它需要在不同場景下去考慮成本與性能之間的平衡,盡可能地找到PMF(Product-Market Fit,產品-市場匹配)。
不過這存在“階段性的方案選擇”。階段不同,PMF聚焦的痛點也不同,比如工業場景的痛點可能是“10萬次無故障”,因此二指結構簡單不易出現零部件損壞;家庭場景的痛點則可能是“柔性物體精細操作能力”,因此五指可能在不規則物體的抓取中完成率更高。
由此也能看見一個趨勢,目前機器人精細作業的需求越來越清晰,隨著場景由結構化向非結構化過渡,標準的工廠作業向商業服務再到走進非標的家庭,機器人末端執行器的靈巧度要求將會越來越高。
最后,靈巧手技術本身尚未收斂,例如是腱繩傳動還是剛性直驅?技術路線的分歧導致供應鏈碎片化,進而供應商難以形成規模化生產,成本也高企不下。這些成本傳導到本體廠商也是影響靈巧手選擇的重要因素。
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不需要絕對指標
而是相對平衡
基于行業技術演進與產業落地矛盾,靈巧手的競爭本質已從“參數競賽”轉向“多維系統平衡”。
一個最簡單的例子就是,一段時間本體或者靈巧手廠商在推出靈巧手產品時都宣稱有著十幾、二十自由度,甚至誕生出“被動自由度”這種說法。然而現在,“自由度”漸漸不再作為產品噱頭,“不做自由度競賽”已經是行業共識。
事實上,不做參數競賽,尤其是自由度競賽的本質其實還是成本控制。
市面上從不缺好用的靈巧手,如特斯拉22自由度的靈巧手,但降本后仍占本體的17%,約為1臺基礎版宇樹G1整機。而擁有24自由度的英國Shadow Hand市場售價更是超百萬元,抵得上一輛豪華跑車。這顯然不是產品化的邏輯。因此價格也是優先考量的指標,有很多廠商深知現有采購的靈巧手與自身本體算法耦合度并不高,但勝在性價比高。
所以,靈巧手追求的就是兩方面:一方面是性能,看的是技術能否滿足操作需求,另一方面是產能和性價比,比的是工程化落地。
目前行業內正普遍努力克服「成本-系統參數-穩定性」這一“不可能三角”,追求六邊形戰士,滿足「力量、速度、體積、重量、壽命、自由度、結構強度」等因素之間的多維平衡,這是靈巧手機器人邁向消費者的一道坎。
在這些要素之間,例如要追求工業場景中的力量、負載足夠大,就會因為采用大扭矩電機和剛性材料而犧牲重量。而追求自由度則又可能會加大驅動、傳動系統的成本、增加零件壞損風險,降低使用壽命與穩定性。
當然,除了這些指標外,現在行業內還在拓展評價維度。如靈巧智能CEO周晨認為,靈巧手的靈巧應該滿足物理靈巧度指數(IOD)、感知指數(IOS)和智能指數(IOI)。
物理靈巧度指數,包含了關節自由度構型、操作空間大小等;感知指數,則在傳感器種類、量程、覆蓋面積、精度與點陣密度等基礎參數外,重點關注并測量手-物交互的動態特性信息,如手物接觸的摩擦;而智能指數映射了認知與決策的進化層級,展現的是手能夠在復雜、動態的環境中自主完成多樣化任務,甚至通過經驗積累不斷優化操作策略。
總的來說,未來靈巧手到底需要什么樣?技術的發展路徑走向何方?尚無定論。但唯一能感知到的是,機器人廠商選擇靈巧手時,看重的一定是多維度的平衡。這與機器人在當前階段追求盡快落地應用的需求相呼應,能降本、能穩定運行、能規模化落地、能不“顧此失彼”地保證產品完成度,將最具競爭力。
行業從不缺技術的單點突破,但這些技術能否從實驗室走向市場,還需看各家產品能否將產品力的“玫瑰圖”修正。
WAIC上的靈巧手怪象反映出產業走向成熟的探索,“以場景定義技術”的邏輯已然清晰。那些此刻看似“粗糙”的二指夾抓,與未來可能普及的“六邊形”五指手的博弈,終將在市場的選擇中,沉淀出最貼合產業規律的答案。
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