一只五指机器人手,16个转动关节由7个电机通过腱绳驱动,论文给出的整手重量为374克、物料成本为314美元。Chestnut Robotics、加州理工学院等机构推出Aero Hand Open,并把机械设计、仿真模型、强化学习环境和真机部署栈放在同一套研究平台中。
团队展示了GRASP分类中的33种抓握,并让完全在仿真中训练的旋转策略直接运行在真机上,无需额外微调或外部状态估计。它仍是研究型硬件;论文没有给出大规模生产良率、长期腱绳寿命和连续工业节拍数据。
七个电机带动十六个关节
腱驱手把电机放在手掌或前臂,通过绳索把力传到手指。电机不必塞进每个关节,一个电机还能联动多个关节,硬件更轻、更便宜,也更接近人手的肌腱结构。代价是关节不能独立控制,绳索摩擦、松弛和耦合会让动作难以精确建模。
Aero Hand Open有五根手指、16个转动关节和7个电机。拇指的三向耦合尤其复杂,同一根腱的位移会同时改变多个关节角。团队用3D打印结构控制成本,并公开固件与控制接口,让硬件参数可以对应到仿真模型。
图1:Aero Hand Open采用五指腱驱结构,电机集中布置并通过绳索带动关节。
仿真不能把腱绳当成独立舵机
常见机器人仿真器把每个关节当作可直接设定的位置或力矩,但腱驱手的控制量是电机转角,多个关节会被同一根绳索共同拉动。若训练时忽略这种耦合,策略在仿真里动作正常,上真机后手指姿态就会偏离。
团队建立双向驱动映射:一边把电机命令转换为仿真中的腱长和关节运动,另一边把仿真状态还原成真机能执行的电机目标。模型还加入绕线半径、关节限位和拇指三向耦合,使策略看到的控制接口与硬件保持一致。
图2:机械结构、腱绳路径、电机和指关节的装配关系。
图3:透明仿真模型中的腱绳路径,以及食指、拇指的耦合结构细节。
33种抓握验证机械覆盖范围
同一套硬件完成33种GRASP分类抓握,覆盖力量型、中间型和精细型姿态,包括握杯、捏片、夹杆和托球。图中的任务主要验证机械结构能到达这些手形,不等同于机器人已经能在杂乱环境中自主识别并稳定抓取所有物体。
论文进一步训练手内旋转策略。策略仅在仿真中使用强化学习,根据电机编码器状态控制手指;部署到真机后,不做微调,也不使用外部相机估计物体姿态。真机序列显示手能持续调整接触点并转动物体。
图4:仿真训练策略部署到真机后,通过连续调整手指接触完成物体旋转。
从可复制平台走向耐久测试
314美元是论文列出的物料成本,不含打印设备、装配工时、维护和控制计算机。与商业灵巧手比较时,价格口径也并不完全一致。Aero Hand的价值更接近一套可复现实验底座:研究者能同时修改机械、仿真和策略,不必为每个环节重新搭接口。
下一步应公开标准化装配时间、腱绳更换周期、碰撞后校准和数万次抓握的性能漂移。若这些耐久指标稳定,平台可以用于低成本灵巧操作教学、仿真到真机算法验证和多指抓取数据采集;进入仓储或装配线前,还需加入触觉、力控制与故障检测。
复现者还需要记录打印材料、装配公差和腱绳预紧力,因为这些变量会直接改变摩擦与回差。同一套控制策略能否跨两只独立装配的手工作,比单台样机演示更能说明开源设计的可复制性。若项目后续提供校准治具、标准测试物和维修清单,314美元的物料价才更接近可预算的平台成本。
每次维修后的重新标定时间也应纳入总成本。
参考资料
https://arxiv.org/abs/2608.28578
https://arxiv.org/html/2608.28578