第一性原理出发，灵巧手于人形至关重要。
灵巧手是人形机器人的末端执行器，类似于人的双手，能执行各种各样的任务。对于 人类而言，双手是人类执行任务的关键，不管是简单的搬运、抓取，还是复杂的操作，都 需要灵活的双手来实现；对于人形机器人而言，灵巧手也承载了同样的功能，是人形机器 人实现功能的关键部件。 灵巧手的功能可以总结为三种：1）基础功能：抓取、操作和动态操作，满足多种工 作需求；2）感知功能：包括触觉感知、力感知、位置和角度感知等，能够感知和理解外 部环境，提供关于接触物体的物理信息（位置、大小和颜色）、动态信息和位置信息等； 3）自适应与学习能力：通过人工智能技术，能够适应不同环境的要求，学习新的操作技 能，掌握自主行动能力。
灵巧手的实际功能和应用场景衍生出来对灵巧手各项性能指标的要求。实际上，因为 人类的双手过于灵巧，若要达到相似水平，机器人的灵巧手在设计、制造和量产方面都有 极高难度。具体来看，灵巧手的性能要求包括多个维度： 性能要求一：灵巧手的负载能力，即灵巧手可抓取和操作物体的最大重量及抵抗外部 干扰的能力； 性能要求二：灵巧手的运动能力，具体包括：1）自由度：自由度越高，运动灵活性 和操作能力越强，能完成更多种类的任务；2）活动范围：灵巧手在操作物体时具有更广 泛的动作空间，可适应更多不同形状和位置的物体；3）运动速度：灵巧手能提高工作效 率，在分拣、装配等需要快速响应的任务中表现出色。 性能要求三：灵巧手的控制能力，具体包括：1）精度：将灵巧手的实际运动和操作 精确地控制到目标位置、姿态和力度等的能力；2）稳定性：衡量灵巧手在抓取物体后， 保持物体稳定而不滑落或晃动的能力，与手指的形状、表面材质、抓握方式以及传感器反 馈控制等因素有关；3）响应速度：对环境变化和物体状态的改变做出快速反应，影响操 作的实时性和准确性。 性能要求四：灵巧手的感知能力，具体包括：1）触觉分辨率：精确感知物体的表面 特征、接触位置和力度分布，更好地控制抓取和操作；2）力觉精度：精确控制施加在物 体上的力，避免因用力过大或过小导致物体损坏或抓取不稳；3）测量精度：控制灵巧手 的运动和姿态，能保证操作的准确性和重复性；4）泛化性：对各种不同形状、尺寸、重 量、材质的物体的适应能力。
用通俗的话来讲，灵巧手的力气要大，关节要够多，操作时要快、准、稳，控制要精 准、用途要广泛。此外，灵巧手自身的重量和尺寸也对机器人的运动性能和灵活性、环境 拓展性有重要影响。一个出色的灵巧手产品需要对满足各项性能指标的基本要求，而各个 指标之前有存在相互影响和冲突的地方，因此取得各项指标的均衡难度极高。
灵巧手对于人形机器人的功能实现和商业落地至关重要，近几年来逐渐成为人形机器 人的标配，并且是各家人形机器人公司的重要发力点。特斯拉的第一代机器人到第二代机 器人，灵巧手增加了触觉感知；即将发布的第三代机器人，灵巧手进行了重要升级，自由 度、驱动方式、传动方式、传感器等方面都有改进。 特斯拉的第一代 Optimus 采用空心杯电机+腱绳+蜗轮蜗杆的技术方案。单只灵巧手 有 11 个自由度，6 个执行器模组，其中大拇指有两个执行器，分别控制弯曲/伸展和外展 /内收运动，其他手指有一个执行器，具有 1 个主动自由度和 1 个由腱绳牵引的被动自由 度。空心杯电机以其体积小、重量轻、响应速度快的特点，适合用于需要精密控制的场合。传动装置采用绳驱结合蜗轮蜗杆的方式，保证了传动的平顺性和足够的力量传递及自锁性 能。
特斯拉的第二代 Optimus 增加了触觉传感器。2023 年 12 月特斯拉发布第二代 Optimus 视频，视频显示机器人手指腹部增加了黑色皮肤“触觉传感器”，并演示了双指 拿鸡蛋的动作。第一代机器人曾展示过抓取较大物件的动作，通过视觉观察即可判断是否 “抓住”，但是对于鸡蛋这种有重量、表面光滑、球形表面的物体，仅靠视觉无法判断是 否“抓稳”，需要手部的压力和摩擦力等力反馈信息来综合判断，灵巧手上的触觉传感器 为取得信息的核心器件。
特斯拉的第三代 Optimus 灵巧手将进一步更新，包括驱动电机、传动方式、触觉传 感器等。特斯拉对新一代灵巧手的情况进行多次说明，并在 24 年 10 月 We Robot 大会 现场进行视频展示。特斯拉工程师 Milan Kovac 表示，到 2024 年底前将改善 OptimusGen3 灵巧手的触觉感知和重量分布的均衡问题，特别是扩展触觉感应集成（即增加覆盖 范围）、通过腱绳实现更精细的控制以及减轻前臂重量（所有驱动移至前臂所致）。 结合 We Robot 视频展示以及 Milan Kovac 说明，我们推测，特斯拉第三代灵巧手 的主要变化为：1）从 11 个自由度提升至 22 个自由度；2）将电机和驱动器外置于手臂； 3）用腱绳完成手指的控制和伸展；4）触觉传感器的覆盖度增加。
