国海证券发布《灵巧手专题系列报告3：从运动学原理出发，灵巧手如何“动起来”？》。报告从运动学原理出发，系统梳理了灵巧手“驱动-传动”的可选方案。主流驱动方式为电机驱动，电机需搭配减速器（行星、谐波等）组成电机模组以实现减速功能，模组连接后续传动零件存在多种可选方案。直驱-主动自由度从6个（因时机器人）到20个（宇树科技/兆威机电）不等。空心杯无刷电机凭借体积小、功率密度高、响应速度快等优势成为灵巧手驱动的主流选择。建议关注电机及减速装置、微型丝杠及腱绳、电子皮肤三大方向。
灵巧手“动起来”的核心——驱动与传动方案的选择
灵巧手从驱动方式来看，主要有电机驱动、液压驱动、气压驱动等，目前主流驱动方式为电机驱动。电机通常需要搭配减速器（行星、谐波等）组成电机模组以实现减速功能。模组如何连接后续的传动零件又存在多种可选方案，包括丝杆、丝杠、连杆、腱绳、齿轮传动组、同步带+同步轮等。
直驱-主动自由度：一般一个执行器对应一个主动自由度。欠驱-被动自由度：通过驱动器和手指模块耦合作用实现的被动驱动。以HRI HAND为例，单根手指由两个4-bar link（连杆A和连杆B）和三个指关节构成，手指根部由线性电机驱动提供1个主动驱动，指关节为被动驱动，整根手指共3个自由度（1个主动+2个被动）。
自由度对比——从6到20个主动自由的方案分化
不同厂商灵巧手在自由度配置上差异显著。宇树科技DEX5-1总自由度20个（主动16个），拇指最大关节角度110°，四指侧摆±22°；因时机器人RH60FT总自由度6个（主动6个），拇指横向旋转范围>85°；星动纪元XHAND1总自由度12个（主动12个），食指侧摆±15°；灵心巧手Linkerhand L20总自由度20个（主动15个），拇指最大关节角度83°；兆威机电总自由度17/20个（主动17/20个），食指可侧摆，每个手指关节可独立运动。
手势方面，根据生物手的抓取动作可分为力量型和精确型两类。力量型用于抓握体积较大或较重的物体，需要五指各关节同时弯曲；精确型用于捏合体积较小或重量较轻的物体，依靠拇指与食指或拇指与食指中指配合。拇指需要实现弯曲伸展+内伸外展+内旋外旋；食指需要实现弯曲伸展+侧摆，使用频率高，需要力量+灵敏性。
驱动器选型——无刷空心杯电机的四大优势
空心杯电机较传统电机具有四大优势：体积小+功率密度高（有助于实现关节的小型化）；重量轻（在相同功率下减轻灵巧手重量）；响应速度快（电感低，电气时间常数小，高速运动平滑）；无刷可避免电火花产生（降低噪音，延长寿命）。有刷电机在工作过程中可能产生电火花，导致噪音大和寿命缩减；无刷电机通过电力电子器件实现换向，避免电火花产生。
目前国外主流灵巧手的驱动器布局可分为内置式、外置式、混合布置式三类。内置式：电机放于手掌或手指中，控制系统也布置于手掌或手腕中；外置式：驱动器和电气系统全部布置于前臂中；混合布置式：大功率驱动器布置在前臂中，小功率驱动器布置在手掌中。因时机器人和兆威机电采用内置式方案，Shadow hand采用外置式方案。
行星减速器——驱动模块的核心减速部件
行星减速器由太阳轮、行星轮、内齿圈、齿轮组、驱动轴、箱体、驱动马达等组成。工作原理是太阳轮浮动使其轮齿同时和三个行星轮均匀接触，行星轮安装在行星架上，在绕自身轴线转动的同时随行星架一齐转动。级数指行星齿轮的套数（通常2-5套），增加级数可增大减速比但长度增加、效率下降。兆威机电直径4mm减速箱级数1-4级，减速比4.8-231，连续输出转矩0.001-0.015Nm；直径6mm级数1-5级，减速比3.9-1854；直径10mm级数1-5级，减速比4.5-1024。减速比可根据机器人用途确定：抓握茶杯、鸡蛋等轻物体可采用低速比（<50），搬运重物可采用高减速比（>200）。
表1：灵巧手产品自由度对比| 厂商/产品 | 总自由度 | 主动自由度 | 被动自由度 |
|---|
| 宇树科技 DEX5-1 | 20 | 16 | 4 |
| 因时机器人 RH60FT | 6 | 6 | 0 |
| 星动纪元 XHAND1 | 12 | 12 | 0 |
| 灵心巧手 Linkerhand L20 | 20 | 15 | 5 |
| 兆威机电 | 17/20 | 17/20 | - |
