多指灵巧手的解决方案不同，其灵活性、可操作性、可靠性等各项性能指标也会有所差异。
灵巧手的解决 方案主要涉及到驱动器、传动系统、是否欠驱动三个方面。驱动器是驱动系统的核心部件，主要作用是产生运 动和力；传动系统则负责将运动和力从驱动器传递到灵巧手手指的关节；是否欠驱动涉及到自由度与驱动源数 量之间的设计安排。灵巧手在驱动器类型、传动方式、自由度设计方面存在多种解决方案，可据此将灵巧手进 行分类。
从驱动方式来看，电机驱动是主流。1）电机驱动技术成熟，是灵巧手中应用最为广泛的驱动方式。①从工作原理看，电机驱动即通过电动机产 生力或力矩，然后直接或者经过减速器减速后驱动多指灵巧手，其中最常选用直流电机驱动。②从运行特点看， 电机驱动具有控制方便、响应速度快、输出力矩稳定等优点，虽然直流电机无法直接调控位置，但可以通过添 加位置反馈系统实现高精度的位置控制，另外电机通过与减速器配合，可进一步增大输出力矩，较容易满足灵 巧手对于驱动器输出力矩以及运动精度的要求，不过部分电机存在体积较大、成本较高问题。③从典型案例看， 电机驱动的灵巧手代表有 DLR/HIT II 灵巧手、特斯拉机器人灵巧手等。DLR/HIT II 采用了新型的、输出力矩大 的盘式直流无刷电动机，电机重量仅 15 克，输出力矩增大，手指指尖输出力能够达到 10N。
2）气压驱动操作简单但不满足高精度要求。①从工作原理看，气压驱动是通过气缸压缩空气产生压差作为 动力源从而驱动执行部件。②从运行特点看，气压驱动具有成本低、操作简单、易于编程、响应速度快等优点， 但由于气压大小受温度、湿度等多因素影响，其精度以及稳定性不高，不利于满足灵巧手的可靠性要求。另外， 气压驱动设备总体体积较大，不利于灵巧手的集成化设计。③从典型案例看，英国的 Shadow 灵巧手采用“空 气肌肉”驱动装置，通过两组空气肌肉输出力，再以腱绳进行传动至手指关节，由于压缩气体柔性强，使得其 能够轻易抓取易碎和弹性物体，但由于温度、湿度的干扰，驱动气压不稳定，“空气肌肉”的控制精度较低。
3）液压驱动实现高能量密度输出驱动。①从工作原理看，液压驱动系统主要组件有液动机、伺服阀、油泵 和油箱等，借助泵将液体压入封闭系统，通过液体介质的静压力推动活塞移动，从而实现驱动。②从运行特点 看，液压驱动输出力矩较大，适用于大型抓取。但是液压系统庞大，小型化、便携性不足；与气压驱动相似， 液压运动不平稳，导致控制的精确度不足；且因为存在液体可能泄漏和被压缩等问题，传动比不够精确。③从 典型案例看，代表有 Stefan Schulz 等人研制出微液压驱动的多指灵巧手，该款灵巧手的手指关节处集成有微型 液压系统驱动的执行器。当充液时，执行器会产生压差从而驱动手指关节产生弯曲运动。当放液时，压强减小， 手指关节在关节处嵌入扭簧产生的扭力作用下恢复到初始状态。
4）形状记忆合金驱动为新型驱动方式，采用特殊合金材料 SMA。①从工作原理看，形状记忆合金（SMA） 是一种具有形状记忆特性的合金材料，可以通过调节温度来影响其形状和机械性能，其中应用最多的是镍钛记 忆合金材料，它具有三种晶体状态：孪晶马氏体、去孪晶马氏体和奥氏体，将其加热到某一合适温度时，去孪 晶马氏体就能恢复为变形之前的奥氏体。②从运行特点看，形状记忆合金驱动技术具有位移较大、功率重量比 高、变位迅速、方向灵活度高的特性，利于灵巧手进行高速度及高精度的低负载装配任务。但形状记忆合金成 本高，并且易疲劳，寿命较低。目前该驱动方式应用较少，代表有日本的 Hitachi 灵巧手。
从传动方案来看，腱绳传动应用范围最广。1）腱绳传动是目前应用最广泛的传动方案。①从工作原理看，腱绳传动是指通过腱绳和缠绕腱绳的辅助装 置把驱动源的力矩传送到手指各个关节上的传动方式，基本的工作原理是置于灵巧手前臂中的电机先驱动滚珠 丝杠，借助滚珠丝杠上的螺母将转动变为平动，螺母上缠绕着腱绳，通过拉动另一边连接在灵巧手手指上的腱 绳，实现手指绕关节轴的转动运动。腱绳传动因布置形式多变而结构不同，常见的结构形式有腱-腱鞘式、等径 滑轮式和带轮传动式。②从运行特点看，腱绳传动适用于远距离传动，使得驱动器与执行器能够保持一定距离， 减轻末端执行器的负载和惯量，从而提升抓取速度，提高灵活性；腱绳具有一定的弹性，为手指运动提供了一 定程度的柔顺性和抓持适应性；腱绳传动中多采用钢丝、滑动轴承，可以减轻传动系统的摩擦，传递效率较高； 腱绳可灵活布置，能够与丝杠、蜗轮蜗杆、链条等方案结合，在狭小空间中实现多自由度驱动。然而腱绳传动 也存在部分缺点，包括负载弱、预紧力不稳定且绳索有弹性，干扰控制的精确性。腱绳传动应用较广，代表有 特斯拉灵巧手、Utah/MIT 手、DLR 系列手、Shadow 手等。
2）连杆传动采用多个连杆串并联混合形式，刚性强、机械结构复杂。①从工作原理看，以手指为例，手指 指尖、二指节、三指节均为不同形状的三角形连杆，驱动连杆以及耦合连杆为直线形式，K1 以及 K2 为复位弹 簧，当 K1 处的驱动连杆顺/逆时针转动时，手指做屈曲/前伸运动。②从运行特点看，相比腱绳结构，连杆结构 刚性强，可以实现强力抓取大型物体，连杆传动还具有抓取速度快、传动精确性高的优点。但连杆驱动较为复 杂，要求零部件有较高的加工精度；相比腱绳传动，连杆传动柔性不足，使得灵巧手在抓握不规则形状物体时 的包络性和自适应性较差。另外，连杆传动受机械结构的限制，不利于手指小型化和拟人化。③从典型案例看， 韩国实验室研发的 ILDA 手采用集成连杆驱动，可以进行抓取鸡蛋、剪纸、夹装芯片和挤压瓶罐等操作。
3）齿轮传动结构复杂，限制其应用范围。①从工作原理看，齿轮传动将驱动器的旋转运动转变为直线运动， 通过拉动驱动器和手指间的弹簧来驱动手指。②从运行特点看，齿轮传动具有稳定性强、精确性高、传递效率 高的优点。但齿轮结构复杂，且若灵巧手手指较长、自由度要求较高，则传动所需的齿轮数目较多，使得灵巧 手重量大、惯性大，限制了齿轮传动的应用。③从典型案例看，代表有北航研制的 BH985 灵巧手，采用连杆+ 齿轮传动，体积和自重较大。
自由度影响灵巧手的灵巧操作能力，自由度越高，灵巧手可以进行更多样的抓取工作。驱动源的数量则直 接影响灵巧手的自由度大小，按照自由度与驱动源数量的关系可分为全驱动和欠驱动灵巧手。
1）全驱动灵巧手驱动源与自由度数量相等。①从工作原理看，全驱动灵巧手的每个手指关节单独配置了驱 动器，使得每个手指都能实现独立控制，从而整手可以进行多种灵巧操作。②从运行特点看，全驱动灵巧手需 要配置更多的驱动器，使得灵巧手成本上升、体积变大、操作复杂。③从典型案例看，全驱动灵巧手代表有 MLR 手、Shadow 手、DLR 手等，具有操作灵巧性强、成本高、操作复杂等共同特点。
2）欠驱动灵巧手驱动源数量少于自由度，缺失驱动源的部分进行耦合随动。①从工作原理看，欠驱动灵巧 手的手指中的腱固定于手指末端，当驱动器拉动腱时，由于耦合作用使各关节转动，手指弯曲，先与物体接触 的指节停止转动，其他指节继续转动，直至对物体形成力封闭构形，从而抓住物体。释放腱时，弹簧提供恢复 力，使手指张开。②从运行特点看，欠驱动灵巧手驱动器少，结构较简单，硬件集成度高，重量轻，体积小， 制造成本较低，易于维护；另外，欠驱动灵巧手具有被动柔顺特性，即在抓取物体时，会自动适应不同形状物 体，抓取的包络性好。但是欠驱动灵巧手自由度较低，控制的精确度有所欠缺，影响灵巧手的功能操作。目前 欠驱动方案应用较多，代表有 DART 手、FESTO 手等。
按照材料和结构分：1）机械灵巧手：主流灵巧手方案。工作原理上，机械灵巧手多采用金属材料制作，常配备复杂的电机与控 制系统，通过模仿人类手指的骨骼结构来达到模仿人类手指形态的效果。运行特点上，机械灵巧手具有刚性强、 抓握力强、抓握精准的优点，但抓取适应性较差、成本高、重量大、质地硬，人机交互的体验感较差。目前机 械灵巧手是最常见的灵巧手形态。
2）人工肌肉灵巧手：新型灵巧手方案，具有柔性仿生特点。工作原理上，肌肉具有高效性、灵巧性和可变 性特点，人工肌肉是一系列设计得如肌节一样单轴拉伸的驱动器，典型的人工肌肉有气动型人工肌肉（PneumaticArtificial Muscles，PAMs）。PAMs 由两部分组成：可拉伸的圆柱形柔性薄膜和刚性末端，这两个部分共同作用， 使驱动器体积增大时，其轴向发生收缩，而周向发生膨胀，从而模仿肌节的运动。运行特点上，人工肌肉灵巧 手具有柔性强、抓取适应性强、轻质化、低成本化、高灵活度特点，适用于柔性抓取、医疗康复和智能穿戴等 领域。不过其抓取控制精度和抓握力略弱于机械灵巧手。典型案例有 Festo 公司研发的 BionicSoft Hand，该款灵 巧手共有 12 个自由度，没有任何骨骼，通过手指中的气动波纹管结构控制运动。当气室充满空气时，手指弯曲。 如果气室是空的，则手指保持笔直。手指中的波纹管被包裹在特殊的 3D 织物护套中，该护套由弹性和高强度 线编织而成，可用于精确地确定结构在何处展开并产生力，以及在何处阻止其展开。
哈工大新型 4 指压电机械手，采用全新驱动方案。该驱动方案的核心在于以压电陶瓷的逆压电效应作为电 能至机械能的转换原理，从而利用压电陶瓷在电场激励下产生的微观变形运动实现各类物体的宏微跨尺度运动 操控。具体方案设计上，压电机械手采用了“阵列组构”思想，由四个压电手指和一个手掌通过螺钉固连而成。 其中，每个压电手指包含一个由数十片“分区极化”压电陶瓷正交叠加制成的核心驱动元件。在外部电场激励 作用下，该驱动元件凭借逆压电效应可实现沿横向 x、y 轴的二维弯曲变形和沿纵向 z 轴的一维伸缩变形，即单 个手指实现了 3 个运动自由度。工作原理和特性上，该压电机械手受缓慢变化的电场激励，借助其与被操控物 体之间的静摩擦实现被操控物体的微步运动，而后利用快速恢复的电场激励相反的操控手势实现快速回位，快 速回位过程中机械手与被操控物体产生相对滑动，被操控物体由于惯性保持已经产生的微小步距。通过连续的动静摩擦交替操控，实现被操控物体的微小步距的累积，从而实现宏观的连续运动操控，很好地解决了传统机 械手难以胜任的宏微跨尺度运动操控难题。
灵巧手应用场景多样，常见的应用场景有航空航天、医疗、工业生产、服务等领域。 1）应用于航空航天。太空环境具有超低温、高真空、辐射强等特点，可以通过远程操控系统遥控灵巧手执 行舱外活动。航空航天领域灵巧手具有高可靠性、高操作性要求，典型案例有 Robonaut2 手、DEXHAND 等。 Robonaut2 手：第一个实际执行航天任务的灵巧手。手部设计充分考虑航天任务需要，由 5 根手指、1 个 手掌、一个 2 自由度手腕和小臂组成，拇指、中指和食指为操作部分，分别有 4/3/3 个自由度；无名指和小指起 辅助作用，均只有 1 个自由度；该手采用电子元件内部集成设计，通过电磁干扰测试，成功在美国国际空间站 有效执行舱外操作任务。 DEXHAND 采用特殊设计，适用于太空环境作业：①电子元件集成于手掌内部，手部表面采用 2mm 厚的 特殊铝质外壳，能够有效抵抗外部温度、电磁干扰。②对电气接头进行隐蔽保护，不易脱落。③通过空间环境 测试，具有抗辐射性强的特点。
2）应用于医疗领域。灵巧手常见的医疗用途有化工医药、医疗康养、医疗假肢等，其中医疗假肢对灵巧手 的轻便性、灵巧操作能力、信号感应能力有较高要求，目前典型的商业化产品案例有 Bebionic 灵巧手。 Bebionic 灵巧手具有高度仿生特性。信号处理上，肌电信号技术成熟，有效实现肌肉、灵巧手、外部物体 间的交互。解决方案上，每个手指配备重量适当的独立电机，有效增强手部控制的协调性，保障舒适性；多传 感器以及柔性指尖设计增强灵巧手抓握体验；使用性能上，灵巧手具备 14 种抓握模式，可以负载 45kg，帮助 使用者有效应对生活需求。
3）应用于工业生产、服务领域。灵巧手产品可以有效进行安装、分拣等生产工作，推进工业自动化，减少 人工成本，提高生产稳定性。灵巧手也可以应用于商业服务和家庭服务领域，具有服务连续性、一致性、标准 化特点，有效增强客户服务体验。典型案例有 SVH 手、因时灵巧手、DexH5 等。
