電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）人形機(jī)器人是未來科技的重要發(fā)展方向，可以幫助人類釋放所有低端勞動(dòng)力。但想要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，靈活性必不可少，尤其是手部的靈活性，是決定機(jī)器人可以完成哪些勞動(dòng)的關(guān)鍵。這就是機(jī)器人靈巧手，是人形機(jī)器人上的關(guān)鍵零部件。

目前國內(nèi)有多家企業(yè)已經(jīng)具備了相關(guān)核心技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化能力，近期，兆威機(jī)電更是展出了自己的機(jī)器人靈巧手，讓業(yè)內(nèi)外一探當(dāng)前機(jī)器人靈巧手技術(shù)的發(fā)展程度。

兆威機(jī)電發(fā)展多自由度靈巧手

20世紀(jì)70年代，對機(jī)器人靈巧手的研究便已經(jīng)開始。不過早期的靈巧手更多是采用腱繩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)。不過隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是人形機(jī)器人技術(shù)的替身，需要在一個(gè)人形機(jī)械臂上進(jìn)行靈巧的操作。

這就需要靈巧手的重量控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，因此對于靈巧手的結(jié)構(gòu)材料，以及驅(qū)動(dòng)器的功率密度都有著極高的要求。與此同時(shí)，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來看，要讓靈巧手滿足指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生任意運(yùn)動(dòng)，而固定時(shí)可以限制物體的運(yùn)動(dòng)，就需要靈巧手至少要有3個(gè)手指和9個(gè)自由度。

在今年5月份，兆威機(jī)電便申請了一項(xiàng)名為“靈巧手控制系統(tǒng)、方法、靈巧手及機(jī)器人”的專利，該專利提供一種靈巧手控制系統(tǒng)、方法、靈巧手及機(jī)器人，涉及靈巧手領(lǐng)域，主要是降低了靈巧手的控制成本。

同時(shí)，兆威機(jī)電在微機(jī)電傳動(dòng)領(lǐng)域擁有6-24mm的空心杯電機(jī)的核心技術(shù)和8mm的微型步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品，這些技術(shù)特點(diǎn)使得其靈巧手產(chǎn)品在市場上具有更強(qiáng)的競爭力。



從此次兆威機(jī)電所發(fā)布的機(jī)器人五指靈巧手來看，具備其獨(dú)創(chuàng)的單關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，整手配備了17個(gè)自由度，以及15個(gè)關(guān)節(jié)，后續(xù)可擴(kuò)展至20自由度以上。其中，單個(gè)關(guān)節(jié)擁有3個(gè)及以上的自由度。該設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)有靈巧手在可靠性、靈巧性、智能性等方面的不足，能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)、特種作業(yè)、生活服務(wù)等復(fù)雜操作環(huán)境。



并且兆威機(jī)電采用基于Arm框架，最大可達(dá)到600MHz驅(qū)動(dòng)芯片，來驅(qū)動(dòng)整個(gè)靈巧手。據(jù)介紹，靈巧手內(nèi)只通過一塊控制板就可以實(shí)現(xiàn)對所有關(guān)節(jié)的控制，而這款板子在設(shè)計(jì)時(shí)便耗費(fèi)了超過80天的時(shí)間。



兆威機(jī)電首席電控專家陳毅東曾表示，靈巧手的自由度并非越多越好，例如簡單的抓取任務(wù)可能只需要少數(shù)幾個(gè)自由度就能完成。增加自由度會(huì)增加機(jī)械設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)更難設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)。而通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，讓這款靈巧手壽命大于10年。



未來兆威機(jī)電將在靈巧手中集成最符合人體工學(xué)的電子皮膚，讓靈巧手更像人類。同時(shí)兆威機(jī)電還與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院達(dá)成深度合作，雙方成立了“靈巧手智能系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，專注于具備自主學(xué)習(xí)能力的靈巧手智能系統(tǒng)研發(fā)，未來將讓靈巧手也具備思考能力，實(shí)現(xiàn)更智能化的操控。

靈巧手市場規(guī)模巨大，成人形機(jī)器人技術(shù)突破的關(guān)鍵

人形機(jī)器人靈巧手作為人形機(jī)器人與外界交互的重要媒介，在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域?qū)儆谀┒藞?zhí)行器的范疇，對提高機(jī)器人的柔性和易用性有著極為重要的作用。隨著人形機(jī)器人的發(fā)展，靈巧手的需求也在不斷增長。

根據(jù)Statista的預(yù)測數(shù)據(jù)，全球機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模將由2021年的11.6億美元增長至2030年的30.35億美元，2022-2030年間CAGR為10.9%。同時(shí)，全球機(jī)器人靈巧手市場容量將由2021年的50.75萬只增長到2030年的141.21萬只，2022-2030年間CAGR為11.7%。

據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預(yù)測，2024年全球機(jī)器人靈巧手市場容量將達(dá) 76.01 萬只，市場規(guī)模將達(dá)17.06億美元，2030年全球機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模將突破30億美元。

頭豹研究院預(yù)測，保守情況下，2030年全球人形機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模為320.6億元，年復(fù)合增長率為81.2%，樂觀情況下達(dá)879.7億元，年復(fù)合增長率為109.3%。

從成本來看，有機(jī)構(gòu)報(bào)告顯示，目前單只人形機(jī)器人靈巧手成本約為2.8萬元，隨著產(chǎn)業(yè)成熟后，成本有望降低至1.5萬元。因此推測到2030年人形機(jī)器人靈巧手全球市場空間約568億元，2023-2030年市場空間復(fù)合增速約35%。

Markets and Markets的報(bào)告則預(yù)測人形機(jī)器人市場規(guī)模將從2023年的18億美元增長到2028年的138億美元。參考特斯拉Optimus量產(chǎn)目標(biāo)售價(jià)2萬美元，預(yù)測2028年人形機(jī)器人的銷售量為69萬個(gè)，靈巧手銷售量為138萬只，假設(shè)到2028年靈巧手的價(jià)格降幅為60%，即從5萬元/只降為2萬元/只，那么2028年人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將為靈巧手帶來276億元的市場。

此外，隨著全球人口老齡化的加劇和勞動(dòng)力成本的上升，對于人形機(jī)器人靈巧手的需求將持續(xù)增長。特別是在醫(yī)療、工業(yè)、服務(wù)等領(lǐng)域，靈巧手將發(fā)揮越來越重要的作用。

另一方面，隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，對于智能化、個(gè)性化的服務(wù)需求也將不斷增加，為人形機(jī)器人靈巧手行業(yè)帶來更大的市場空間。同時(shí)，技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，未來，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破，人形機(jī)器人靈巧手將實(shí)現(xiàn)更加高效、智能、安全的操作。

總結(jié)

靈巧手作為人形機(jī)器人與環(huán)境交互的末端執(zhí)行器，模仿了人手的結(jié)構(gòu)和功能，能夠靈活地操作物體和抓取物品。這種靈活性和操作能力對于人形機(jī)器人來說至關(guān)重要，此次兆威機(jī)電發(fā)布的靈巧手，以更高的自由度，可以更好的完成復(fù)雜的工作。未來還將引入深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，讓靈巧手將具備更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，加速推動(dòng)人形機(jī)器人的商業(yè)化落地和相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和行業(yè)發(fā)展。

活動(dòng)推薦

最后為大家推薦一個(gè)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)。11月21日，電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的“2024|第十二屆（秋季） 電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)”將在深圳益田威斯汀酒店舉辦，屆時(shí)行業(yè)代表性廠商將分享在電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)方面的前沿產(chǎn)品和應(yīng)用，歡迎大家掃碼關(guān)注！