【原创【�/font>腱绳传动：人形机器人灵巧手的核心驱动选择

中国粉体网讯灵巧手是为多任务而研究开发的一种智能型通用夹持器。近年来，机器人末端操作器正在朝向多自由度、多关节的仿人多指灵巧手方向发展。多指灵巧手可以认为是安装在机器人末端的一种可实现多种操作功能的小型机器人，是可以实现灵活操作的末端执行器、�/p>

来源：民生证券研究院

与人手的指端接触、手掌接触等多种抓取类型相似，灵巧手的抓取动作依赖单个手指的屈伸运动及多手指的协调配合，而单个手指的运动性能则直接取决于驱动系统与控制系统的设计水平。其中，驱动器为手指运动提供动力与位移，传动系统则负责将驱动力与运动精准传递至关节，同时实现减速增矩，保障操作稳定性、�/p>

考虑到灵巧手的手指、手掌内部空间有限，且需有效降低控制难度，欠驱动方式（即独立驱动器数量少于关节自由度数的结构）已成为重要发展趋势，其优势十分显著：一方面能够提升手部自由度与操作灵巧性，同时具备对被操作物体形状的自适应性；另一方面因驱动器个数远少于关节自由度数，可大幅降低对控制系统的要求，简化控制模式、�/p>

从传动性能对比来看，齿轮驱动虽传动效率高、输出力大，但存在体积质量大、结构臃肿等问题；连杆传动结构相对简单、输出力较强，却受限于传动距离，抓取稳定性不足且动作单一；带传动平稳无噪、维护便捷，但传动精度与效率偏低，使用寿命有限。与之相比，腱绳传动凭借结构紧凑、传动距离长的核心优势，完美契合人手传动特征，尤其适用于驱动器外置的灵巧手设计，能在有限空间内实现远距离动力传递。同时，腱绳传动多采用滑动轴承，有效降低了传动摩擦，提升了传递效率，因此在现有灵巧手案例中占据主导地位、�/p>

不同传动方式优缺点对� 来源：马�?一种新型柔性仿人机械手的优化设计研穵�/p>

腱绳传动方案的设计直接决定动力传递效率，目前主流方案可分为N型、N+1

型与2N型三类，其核心差异在于驱动N个独立自由度所需的驱动单元与腱绳数量。N型方案驱动器数量少，但需配备预紧机构；N+1型方案腱绳数量精简，却存在单根腱绳负载过大的问题；2N型方案虽承载能力强、动态性能优异，但所需驱动器数量较多，增加了系统复杂度，需根据实际应用场景合理选择、�/p>

来源：《腱驱动灵巧手指结构设计及其运动分析与试验》（孙成远等（�/p>

作为动力传递的核心媒介，腱绳材料的力学性能直接影响灵巧手的抓取可靠性与使用寿命，需满足高模量、高强度、低摩擦的核心需求。目前主流的腱绳材料主要分为钢丝绳与高分子纤维两大类，其中超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维凭借优异性能，成为仿人灵巧手腱绳的理想选择、�/p>

UHMWPE纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维，由分子�?00万以上的聚乙烯树脂纺制而成，是当前工业化高性能纤维中比强度与比模量最高的材料。其断裂伸长率高于碳纤维与芳纶，柔韧性优异，在高应变率与低温环境下仍能保持稳定力学性能，抗冲击能力显著优于其他高性能纤维，同时具备质量轻、耐磨损、耐紫外线、抗屏蔽及耐强酸强碱腐蚀等诸多优势。UHMWPE纤维的比强度是优质钢材的15倍、碳纤维�?.6倍、芳纶纤维的1.7倍；其复合材料的比冲击总吸收能量是碳纤维的1.8倍、芳纶的2.6倍，防弹能力更是芳纶装甲结构�?.6倍、�/p>

在制备工艺方面，UHMWPE纤维的成熟技术为冻胶纺丝-超倍拉伸法，根据溶剂差异可分为干法与湿法两种工艺。干法工艺具有流程短、纤维表面平整、缺陷少、结晶度高、溶剂残留低等优势；湿法工艺则以强度高、单丝粗、溶剂成本低、安全性高、工艺成熟等特点，成为国内外企业的主流选择。凭借优异的综合性能，UHMWPE纤维广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器材等军民两用领域，而其在灵巧手腱绳中的应用，更是为提升仿人操作性能提供了关键材料支撑、�/p>

综上，腱绳传动以其紧凑结构与远距离传动优势，成为欠驱动灵巧手的核心传动选择，而UHMWPE纤维的应用则进一步突破了腱绳材料的性能瓶颈。随着材料技术与传动设计的持续优化，相信腱绳式驱动系灵巧手有望在工业装配、医疗康复、服务机器人等领域实现更广泛的应用、�/p>

参考来溏�

华龙证券《电子皮肤：人形进化时，感知即未来《�/p>

孙成�?腱驱动灵巧手指结构设计及其运动分析与试验

马涛.一种新型柔性仿人机械手的优化设计研穵�/p>

(中国粉体网编辑整�?月明)

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