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灵巧手 机器人的智能指尖

灵巧手 机器人的智能指尖 尖叫智能
2024-08-08
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导读:没有人能拒绝钢铁侠这身机械装甲的超能力 国外灵巧手研发起步较早,国内虽然起步较晚,但发展迅速。

机器人的智能指尖

灵巧手

没有人能拒绝钢铁侠这身机械装甲的超能力。事实上,机械手的发展可以追溯到60年前,当时被用来为部分残障人士带来新生。之后,国外也对这种新型的末端执行器展开了大量研究。


1974年,日本电工实验室研发出第一款灵巧手Okada,是早期灵巧手的典型代表。20世纪末,随着嵌入式硬件的发展,多指灵巧手的研究向着高系统集成度和丰富的感知能力提升的方向发展,进入了快速发展阶段。


国外灵巧手研发起步较早,国内虽然起步较晚,但发展迅速。人形机器人的量产时代正在到来。高盛预测,2035年全球人形机器人市场规模将达380亿美元,出货量将达140万台。作为人形机器人与外界交互的重要媒介,灵巧手有着广阔的市场前景,浙商证券预计,2030年灵巧手全球市场约为568亿元,2023-2030年复合增速约35%。

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机器人的关键一“手”

灵巧手是机器人的一种新型末端执行器。一般而言,机器人与环境交互的方式主要包括:移动行走、视觉等信息的获取、决策的执行输出。末端执行器(End Effector)是机器人执行部件的统称,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。


灵巧手以人手的结构和功能为模仿对象,在机器人与环境的交互中起着关键作用。“灵巧”指的是手的姿势可变性,这种可变性越高,则认为手就越灵巧。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。多指灵巧手最普遍的手指数目为3-5个,各手指具有3个关节,手指关节的运动副都是采用转动副。

灵巧手作为机器人执行末端,是人形机器人必不可少的部件,根据因时机器人网上报价,单只灵巧手价格约为 5 万元,如果未来人形机器人销量到达百万台,对应灵巧手市场规模将达到 1000 亿元。需要注意的是,未来人形机器人可能会应用到各种场景,对应的灵巧手配置各不相同,预计单价也会有较大的差别。

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国产灵巧手有较大价格优势

国外灵巧手的价格及应用领域

灵巧手技术壁垒较高,目前国外一些灵巧手技术先进,但是设计难度大,零部件多,所以价格很高,一般用于科研领域,如Shadow灵巧手报价约220万元/只。用于假肢领域的仿生灵巧手灵活程度稍差一些,但价格也相对较低,如德国的Bebionic仿生灵巧手价格至少32万元/只。

国内灵巧手的价格优势

灵巧手的国内生产商有不少等。其中国内商业级五指灵巧手的龙头企业,与特斯拉灵巧手有着类似的关节数和相同的电机数目,现在价格为5万元/只。后续国内灵巧手生产商将有望凭借降本优势进入特斯拉这样的人形机器人本体生产商的供应链。

目前市场上已出现来自多家公司的机器人多指灵巧手产品,其中Shadow dexterous hand已实现商品化。例如英国Shadow Robot公司推出的先进仿人型机器人手Shadow dexterous hand,其拥有24个自由度和20个可单独控制的自由度,可配备指端触觉传感器,是目前最成熟的商品化多指灵巧手之一。


此外,德国SCHUNK的SF5H hand、德国FESTO的柔性多指灵巧手Bionic Soft Hand也都是较具有代表性的多指灵巧手产品。值得注意的是,这些多指灵巧手产品也并非完美,目前它们仍然不能实现与人手相当的自由灵活程度和操作能力,且价格较昂贵,推广应用难度大,因此灵巧手可能会成为未来机器人领域需要重点突破的方向之一。

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不断迭代迎接新挑战

相比夹爪等其他末端夹具,灵巧手是面向未来的机器人产品。它的价值不在于当下,而是人类的明天。


如今,硬件和软件技术大幅度提升,人形机器人拐点已至,随着人形机器人操作能力的提升,灵巧手将迎来非常广阔的市场应用前景。


2023年开始,国内人形机器人产业发展突飞猛进。《人形机器人产业研究报告》预测,2024年中国人形机器人市场规模将达约27.6亿元,到2029年达到750亿元,将占世界总量的32.7%,比例位居世界第一,到2035年有望达到3000亿元规模。

浙商证券最新研报则指出,随着人形机器人技术的飞跃和应用领域的拓宽,到2030年,全球人形机器人灵巧手市场规模有望突破568亿元人民币,年复合增长率高达35%。


但是,因为灵巧手的重要性和技术复杂性,导致一直以来的价格居高不下,甚至被称为机器人中的“百达翡丽”。而国内不仅在2020年率先实现了灵巧手的商业化量产,更是首次将灵巧手的价格降到了数万元水平。



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