（报告出品方/作者：光大证券，殷中枢、黄帅斌）

灵巧手属于机器人末端执行器的一种。在机器人学领域，操作和动作决策的执行输出工具被称之为末端执行器(End-Effector)。一般安装于机器人腕部的末端，是直接执行任务的装置。末端执行器作为机器人与环境相互作用的最后环节与执行部件，对提高机器人的柔性和易用性有着极为重要的作用，其性能的优劣在很大程度上决定了整个机器人的工作性能。按其功能可以分为两大类，即：工具类和抓手类。工具类末端执行器是根据具体工作需求专门设计并预留标准化接口的机器人专用工具，可以直接实现具体的加工工种、生产工艺或日常动作；抓手类机器人末端执行器恰如人的双手，担负着执行各种动作、抓持和操作的任务。

从夹持器到灵巧手，根本原因在于，随着机器人应用领域的不断拓展，其应用场景、工作对象和任务日趋复杂。特别是对于人形机器人而言，其设计的初衷就是要最大限度上代替人类，与周边环境进行交互。而人造世界的各种物品和工具都是以人手的使用方便为基本原则而设计开发，所以也只有仿人型机器人多指灵巧手才是最适合的操作工具。

在超低温、强辐射、高真空、高速度的太空环境下，利用灵巧手从事各种探测、研究、实验显然更具备优势。目前机器人尚不具备取代人类的能力，但可以在重复或危险任务中为宇航员提供支持。在远程操控系统的控制下，灵巧手可以执行许多舱外活动，如移除绝缘层盖、操作螺丝刀等。典型的案例包括：1）美国NASA（美国航空航天局）的Robonaut手和Robonaut2手；2）德国DLR（德国宇航中心）的的DLR-I和DLR-II手；3）中国哈工大的HIT手，及与DLR合作研发的DLR/HIT手。

美国相关情况

年，美国宇航中心（NASA）研制出Robonaut手。它是一种面向国际空间站应用的多指手，其设计目的是为了在危险的太空环境中替代人进行舱外操作。Robonaut手由5根手指、1个手掌、一个2自由度手腕和小臂组成。其拇指、食指和中指具有3个自由度，而无名指和小指各有1个自由度，手掌具有1个自由度，手腕具有2个自由度，共14个自由度。14个电机和驱动电路分布在长8in、直径4in的小臂中。Robonuat手是空间机器人系统Robonuat的一个组成部分，该系统的开发目标是用机器人协助航天员在国际空间站执行舱外操作任务。年，在Robonuat手的基础上，NASA和GM（通用汽车公司）于联合研制出Robonaut2手。年2月，Robonaut2手作为Robonaut2号机器人的一部分，被NASA发射到国际空间站，成为世界上第一个在太空服役的五指灵巧手。

NASA最初打算将Robonaut操作分为三个不同的阶段。第一阶段涉及固定操作，并于年底使用Robonaut躯干成功完成。第二阶段是“IVAMobility”，其中IVA代表“车内”。在这一阶段，Robonaut需要一种在国际空间站内部移动的方法，这就是腿的用武之地。第三阶段是“EVA移动性”，腿部升级也是这一阶段的关键，该阶段将涉及在空间站外的真空中工作，因此需要对机器人进行更多重大硬件升级。由于太空中的失重环境，Robonaut2号的腿主要用于抓住空间站内的扶手，并帮助完成一系列机动与运动规划实验。

作为Robonaut手技术升级的换代产品，Robonaut2具有诸多改进和优点。设计层面：Robonaut2手具有14个自由度（手部12个+手腕2个）；传动方面：两者都采用驱动器外置+腱传动，但在方式上略有不同。Robonaut手利用软轴将电机的旋转运动传递到手掌的丝杠内，软轴主要作用的是传递旋转运动。Robonaut2手的腱传递的是直线运动；传感器方面：Robonaut手只集成了最基本的位置和力传感器，对外部环境的感知则采用有触觉功能的数据手套；Robonaut2手直接在手指上安装位置传感器、六维力传感器和腱张力传感器等多种传感器，提高了Robonaut2手的精确度和灵敏度。相比Robonaut手，Robonaut2手的供电和通信连接线数量大幅减少。

Robonaut2Hand采用腱绳驱动，驱动器与电气系统集中放置在前臂内，腱绳由导管引导，从驱动器发出，经过腕关节，到达手指关节。整手的有效负载可以达到9kg，手指在可以承受2.25kg的指尖力，指尖速度可以达到mm/s。

关节位置采用霍尔传感器进行测量，关节转动角度所引起的磁场变化影响霍尔电压的变化，即霍尔效应，从而精确测量关节角位移的变化；指尖的抓握力采用多维力/力矩传感器进行控制，每只手布置14个六维力矩传感器；传动系统中的腱设置腱张力传感器。

德国相关情况

德国宇航局机器人和机电一体化研究所致力于正在开发高度自主的机器人，用于探索遥远的行星、卫星和太阳系的小天体。

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