自20世纪80年代以来，灵巧手的发展经历了重要的里程碑，现代设计逐步具备位置和力/力矩等基本传感功能，为精细控制奠定了基础。通过不断改进设计、驱动、感知和控制，涌现出多种灵巧抓握与操控技术。《机器人手的发展简史》是16-848课程“灵巧操作手：设计与控制”（2024年春季）的一部分，将深入探讨灵巧手的发展与应用。翻译而来供参考，亦可加入知识星球阅读英文原版、中文译本（见文末）。
关于机器人手的初步思考
自80年代以来，我们已经拥有具有人类般高自由度的机器人手。
设计、驱动、感知、控制、学习等方面的进步年年涌现。
然而，灵巧的机器人并未广泛应用于各个场景（如烹饪、清洁、购物、医疗等）。
存在的差距是什么？
我们如何才能弥补这些差距？
机器人手的四十年发展
80年代的机器人手
Hirose软夹持器（Shigeo Hirose，东京工业大学）
软夹持器的开发始于70年代
单自由度（1 DoF）
关节处的分级滑轮可产生均匀分布的力
Belgrade / USC手（Rajko Tomovic 和 George Bekey）
开创性研究——二战后开发的首批原型；4个自由度（每对手指1个，拇指2个）
具有一定的适应性（例如，当一个手指卡住时，另一手指可以弯曲）
斯坦福 / JPL手
9个自由度，每根手指配有4根腱，专为指尖操作设计
指尖配备应变计传感器
Utah/ MIT手
16个自由度，32根腱
配备位置和腱张力传感器（霍尔效应）
指尖施力达7磅（相当于人类水平）
复杂的腱安装结构
Barrett手（Barrett Technology公司）
价格约3万美元
配备4个马达：每根手指1个，外加手掌扩展
断离离合器允许手指适应物体的几何形状
光学编码器位置传感
指尖施力达3.3磅
重量为1.18千克
Gifu手 (Kawasaki and Mouri, Gifu Univ. / sold by Dainichi)
价格约5万美元
16个可控自由度（除拇指外，最后两个关节为耦合）
配有压力传感器，但没有精确的位置传感
指尖施力为0.6磅
重量为1.4千克
尺寸大于人手
DLR / HIT手 (Gerhard Hirzinger, DLR / sold by Schunk）
价格约6万美元
13个可控自由度（每根手指的最后两个关节耦合）
配备霍尔效应位置传感器
指尖施力达1.5磅
重量为2.2千克
尺寸大于人手
SVH手（Schunk公司）
9个自由度
拇指2个，食指2个，中指2个
无名指1个，小指1个，手掌展开1个
Shadow手（Shadow Robot公司）
使用高可回驱、低惯量的电动马达（电动人工肌肉）
被英国国防部（MoD）用于炸弹拆除研究（如剪线）
qbRobotics软手
5根手指，19个关节，1个马达
基于协同原理设计的商业化手
qb SoftHand2软手（2个主动自由度）
iLimb（Touch Bionics公司）
价格约1.8万美元
由单个肌肉信号驱动5个马达
拇指预设形状以实现力量抓握、精细抓握和钥匙抓握
马达可单独停转，以适应不同的手势
超过250人正在使用
Cyberhand（Maria Carrozza，圣安娜高等研究学院）
6个马达控制16个关节，通过电缆驱动
专为假肢应用设计；具备预设形状和闭合力功能
传感器：位置传感器、电缆张力传感器、指尖压力传感器、触觉阵列
指尖施力可达3.3磅，闭合时间为3秒
重量为0.45千克（不包括前臂马达）
Psyonic Ability手
DEKA Luke手 和 JHU MPL手
MPL手
Robonaut手（Robert Ambrose及其团队，NASA）
14个可控自由度（包括手腕）
前臂内置马达
具有触觉传感手套设计，包括力敏电阻（FSR）和量子隧道复合物（QTC）元素
最后两根手指以一定角度安装，并可在腕掌关节（CMC关节）旋转
成功实现了许多复杂操作任务的远程控制
ACT手 (Yoky Matsuoka, 华盛顿大学) 3根完全驱动的手指，具有人类肌肉骨骼结构（冗余驱动）
被动和主动动态与人手一致
目标：研究人类对手部动作的控制
Xu and Todorov手
Deimel和Brock手
Raphael Deimel 和 Oliver Brock: 一种新型柔顺和欠驱动的灵巧抓取机器人手，《国际机器人研究杂志》，2015年
3D打印
软手技术
人人都可以制作机械手？
SDM手（Aaron Dollar 和 Robert Howe，哈佛大学）
单一控制自由度，控制8个关节
具备柔性关节和柔软指垫
使用形状沉积制造技术
内嵌传感器（霍尔效应位置传感器、光学接触力传感器）
结构坚固，轻便且成本低廉
耶鲁大学OpenHand项目
通用夹持器，芝加哥大学
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