灵巧手是人形机器人重要的末端执行器，具有更高自由度要求。
人形机器人是机器人适应人类环境的最优解。相比专门为单一任务设计的机器人，人形机器人可以在不同场景之间快速切换，具有高度的通用性和灵活性，能够执行多种不同类型的任务，具有更广阔的商业应用前景。此外，相较于其他形态的机器人，人形机器人能够更好地适应按照人类的身体特征和操作习惯来设计的各类基础设施，无需对现有的环境和设施进行大规模改造。因此，类人化设计的商业化前景、改造成本等因素影响下，人形机器人是目前最优解。 灵巧手是人形机器人重要的末端执行器。末端执行器直接安装在机器人手腕上，用于夹持工件、或让工具按照规定的程序完成的工作的机构。相较于普通工业机械手（自由度少、结构简单、易于控制），类人化设计的灵巧手对控制精度、灵活性要求极高。目前，仿人机器人末端执行器有两种：柔性手和仿生多指灵巧手。其中，灵巧手是模拟人类手部功能的高自由度机械装置，具备抓取、操作、感知等能力，是人形机器人实现精细交互的核心执行器。
灵巧手功能设计类人化，具备较高自由度要求。若参照人类手部的灵活度，手指+腕部共24 个自由度，抓握、拾取等动作需不同手部环节进行配合。手指环节中，各手指远离手腕的两个关节主要完成弯曲/伸展类动作，各手指靠近手腕的关节则兼备弯曲/伸展类、侧摆类两大动作执行功能。此外，腕掌环节为完成手部抓握等动作也具备独立于手指的自由度。Tesla 于 24 年 11 月公布的Optimus 最新动态中指出其灵巧手已具备 22 个自由度，较上一版本的 11 个自由度个数大幅提升，已逐步接近人类手部灵活度。
灵巧手需兼具高灵活性、精准执行及反馈以及自适应等能力。为高效执行相应动作指令，人形机器人灵巧手的设计需要满足高度仿生、灵活操作和复杂环境适应性等要求，具备负载能力、运动能力、控制能力、感知能力等： 高自由度与灵活性：需尽可能匹配人类手部自由度，以实现抓、握、捏、推拉等精细动作，其活动范围需接近人类活动范围（如拇指对掌运动），可通过协同关节运动补偿机械误差等方式实现冗余控制。精准抓握与自适应抓取：具备一定负载能力的同时，可实现抓握力的连续调节（如抓握鸡蛋等轻物过渡至抓握大型负载等重物），稳定抓握住物体，同时灵巧手需兼具自适应能力，基于物体形状、材质（软/硬、光滑/粗糙）自动调整抓取策略（如指尖捏取、包裹式抓握）。 环境感知及执行反馈：具备触觉、温度等外部感知能力，力觉等内部感知能力，同时保持毫秒级响应延迟，确保动态操作（如接抛球、拧瓶盖）。 灵巧手的性能和成本受其三大核心组件—驱动系统、传动系统和传感装置的共同影响。驱动系统（各类电机）提供动力来源，驱动手指关节运动；传动系统（齿轮、连杆、腱绳等）将驱动系统的动力高效传递到手指关节，并调节输出的力、速度和行程；传感系统（各类传感器）实时监测手指状态（位置、力、触觉等），反馈给控制系统以实现闭环调节。
根据自由度数量、驱动方式、传动方式以及传感方式的不同，灵巧手可以分为若干类型。人形机器人灵巧手可以根据结构形式（如驱动器内置式、外置式、混合制式）、驱动方式（如电机驱动、气动驱动、液压驱动、形状记忆合金驱动）、传动机构（如腱绳传动、齿轮传动、连杆传动）、自由度与驱动源数量（如全驱动、欠驱动）以及手指关节特性（如刚性关节、柔性关节、软体关节）等多种标准进行分类，每种分类方式反映了灵巧手在灵活性、精度、成本、复杂度、适应性等方面的不同特点，适用于不同的应用场景和任务需求。
灵巧手主要参考人手构造，通常认定人手有 21 个自由度。机器人灵巧手从结构和功能上参考人手，能够灵活操作对象，实现对物体的灵活抓取，满足多种工作需求。从解剖学上看，拇指有IP（指间关节），MCP（掌指关节）和 CMC（腕掌关节）三个关节，其余四指有 DIP(远端指间关节)，PIP（近端指间关节）、MCP（掌指关节）和 CMC（腕掌关节）四个关节。从类型上看，手指的 DIP、PIP 和拇指的IP关节都属于铰链关节，只有 1 个自由度；手指的 MCP 属于椭球关节，有 2 个自由度；手指的CMC 属于鞍状关节，有 2 个自由度。在通常不考虑除拇指外四指的 CMC 关节下，拇指有 5 个自由度，其余四指有4 个自由度，单手合计有 21 个自由度。 根据自由度与驱动源数量，可将灵巧手分为全驱动和欠驱动两大类。全驱动灵巧手的驱动源数量与自由度相等，每个关节都有独立驱动器，能够实现高度灵活和精确的动作，适合复杂任务，如精密装配、医疗手术辅助等，但结构复杂、成本高、能耗大。其优势在于高精度和高适应性，能够满足多样化和高难度的操作需求。相比之下，欠驱动灵巧手的驱动源数量少于自由度，部分关节通过耦合随动。这种设计使得其结构简单、成本低、能耗低，适合简单抓取和搬运任务，如物流分拣、工业搬运等。然而，它的灵活性和控制精度相对较低，难以应对复杂精细的操作。
按驱动源类型，可将灵巧手分为电机驱动、液压驱动、气压驱动等多种类型。驱动源是驱动系统的动力源，驱动源性能决定了驱动系统的驱动性能。目前，主流的驱动源有：电机驱动、液压驱动、气压驱动、形状记忆合金（SMA）驱动。电机驱动是目前多指灵巧手的主要驱动方式之一，具有驱动力大、控制精度高、响应快、模块化设计、易于更换维护等优点。但是电机本身固有的体积较大等缺陷，导致无论是外置还是内置，都会占用较大的物理空间，并且市场上很难匹配到通用电机。相比之下，液压驱动式机械手的驱动系统一般由液动机、伺服阀、油泵和油箱等组成，驱动机械手完成任务，常被用于工业机械手中，适合大型抓取作业。液压驱动能获得较大的工作力，能带动较大的负荷，但体积大，成本高，容易被污染。
按传动方式划分，可将灵巧手分为齿轮传动、连杆传动、腱绳传动等多种类型。齿轮传动是通过齿轮之间的啮合来传递动力和运动的传动方式，具有高传动效率和精确的运动控制特性，但结构复杂且成本较高；连杆传动利用连杆组件将动力源的运动转化为手指的运动，其特点是刚度大、负载能力强且成本较低，不过结构相对复杂、体积较大且柔性不足；腱绳传动则通过腱绳连接动力源与手指关节，实现动力传递，具有结构紧凑、重量轻、灵活性高的优点，但精度相对较低且腱绳易磨损，寿命有限。在实际运用上，连杆传动方案较为成熟，在现有灵巧手传动方案中使用较为常见；长期看腱绳传动优势更加明显，有望成为未来的主流方案。
自 20 世纪 70 年代以来，多指灵巧手主要经历了三个发展阶段，逐步向智能化、灵巧化、抓取精准化方向发展。 20 世纪 70 年代后以多自由度、多感知、可控制为标志的现代灵巧手产生。①1974 年日本电工实验室研发的灵巧手 Okada 是现代意义上的第一款灵巧手。该手为三指灵巧手，共有 11 个自由度，可以进行连续平滑的抓取运动。②麻省理工研发的 Utah/MIT 和斯坦福大学研发的 Stanford/JPL 手采用多关节多自由度的模块化结构设计（手指完全相同），灵活性较 Okada 有所提升，为后续灵巧手的研发做出重要铺垫。 20 世纪 90 年代以后，灵巧手呈现集成化设计，使得灵巧手得以配备更复杂的驱动系统和更丰富的感知系统。该阶段计算机技术迅速发展，使得灵巧手控制系统的信号处理能力和复杂控制算法的计算能力得以增强，大规模集成电路和微电机又促进了多指灵巧手的集成化设计。该阶段灵巧手研发活跃，如DLRI 手、NASA Robonaut 手等。①德国宇航中心研发的 DLR-I 手采用微型直线驱动器，得以将所有的驱动器集成在手指或手掌内部；DLR-I 手感知功能丰富，每指配备 28 个传感器，包括触觉传感器、关节力矩传感器、关节位置传感器、速度传感器和温度传感器等。②美国 NASA 研发的NASA Robonaut 手具有5指，共 14 个自由度，控制性能较强。整手共有 43 个传感器，构型方面与人手相似，具有冗余关节，抓取适应性提高。
21 世纪以来，灵巧手的集成化、智能化和灵巧操作水平实现新提升，向深度仿生发展。例如：①德国宇航中心研发的 DLR-Ⅱ手在 DLR-Ⅰ基础上优化，基于全数字机电集成化概念设计，对直流无刷电机驱动+谐波减速器+齿形皮带传动进行优化组合，使得每个手指指尖的输出力从 10N 增加到30N，手与主处理器之间的连线从第一代的 400 根大幅减少到 12 根。DLR-Ⅱ手具有高度集成、多传感器、抓取精确等突出特征。②我国自 2000 年以来，在灵巧手研究方面有所发力。HIT/DLRII 手由哈尔滨工业大学联合德国宇航中心研制，采用体积小、重量轻的盘式电机驱动和谐波减速器＋齿形皮带的传动方案，重量仅1.5Kg。③华盛顿大学研发的 Washington Hand 基于仿生设计原理，利用人造关节囊、韧带、肌腱和弹性滑轮结构设计，复现了人手的韧带和关节特征，使得抓取更加灵活可靠。
