靈巧的機(jī)器人手大概是機(jī)器人學(xué)里最吸引人也最折磨人的課題之一。人類(lèi)的手能擰瓶蓋、旋鋼筆、握電鉆，也能輕輕拈起一張紙。而能接近這種靈巧度的機(jī)器人手，長(zhǎng)期以來(lái)都是少數(shù)幾家公司的專(zhuān)利產(chǎn)品，十幾萬(wàn)美元起步，維護(hù)成本高昂，壞了還不一定修得好。對(duì)全世界絕大多數(shù)做靈巧操作研究的實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，硬件本身是最大的瓶頸，不是算法寫(xiě)不出來(lái)，是手買(mǎi)不起。

2026 年 3 月 15 日，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）軟體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)正式推出了 ORCA Hand 的商業(yè)化產(chǎn)品線(xiàn)，同步成立了 ORCA Dexterity 公司來(lái)運(yùn)營(yíng)這個(gè)項(xiàng)目。自相關(guān)的學(xué)術(shù)論文于 2025 年 4 月掛上 arXiv，其已經(jīng)在多個(gè)會(huì)議上展出過(guò)，此次發(fā)布后它終于從實(shí)驗(yàn)室原型走向了可以訂購(gòu)和復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。

圖丨相關(guān)論文（來(lái)源：arXiv）

ORCA Hand 是一只 17 個(gè)自由度（Degrees of Freedom，DoF）的仿人機(jī)器人手，肌腱驅(qū)動(dòng)，指尖集成觸覺(jué)傳感器，所有結(jié)構(gòu)件都能用普通 3D 打印機(jī)制造，材料成本低于 2,000 瑞士法郎（約 2,200 美元，約 17,000 人民幣），一個(gè)沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)的人 8 小時(shí)內(nèi)能完成組裝。設(shè)計(jì)文件、控制代碼、仿真環(huán)境和組裝指南全部開(kāi)源（項(xiàng)目地址：https://github.com/orcahand）。

長(zhǎng)期以來(lái)，靈巧操作的標(biāo)桿級(jí)產(chǎn)品都是倫敦 Shadow Robot 公司的 Shadow Dexterous Hand，其擁有 20 個(gè)自由度，超過(guò) 100 個(gè)傳感器，是 NASA 和 OpenAI 的標(biāo)配工具。但它的價(jià)格超過(guò) 10 萬(wàn)瑞士法郎（約 870,000 人民幣），DEX-EE 系列起價(jià)約 7.4 萬(wàn)美元，維護(hù)需要企業(yè)級(jí)支持，設(shè)計(jì)高度集成導(dǎo)致維修困難。

Wonik Robotics 的 Allegro Hand 便宜一些，大約 1.9 萬(wàn)美元，直驅(qū)設(shè)計(jì)，但體積大、形態(tài)受限，做不到人手的靈活?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的開(kāi)源 LEAP Hand 材料成本也在 2,000 美元以下，組裝只要 3 小時(shí)，可靠性出色，但所有直驅(qū)手共享一個(gè)問(wèn)題：電機(jī)嵌在手指里，慣量大，外形臃腫，快速靈活的動(dòng)作做不了。

ORCA Hand 想在這些方案中間找一個(gè)新位置：肌腱驅(qū)動(dòng)保留接近人手的外形和靈巧度，3D 打印和開(kāi)源壓低門(mén)檻，再通過(guò)工程設(shè)計(jì)解決肌腱系統(tǒng)最致命的老問(wèn)題，可靠性。

肌腱驅(qū)動(dòng)手的天然劣勢(shì)是肌腱（通常是尼龍釣魚(yú)線(xiàn)）會(huì)松弛、磨損，精度隨時(shí)間下降。ORCA 團(tuán)隊(duì)做了幾件針對(duì)性的事。所有肌腱都繞過(guò)光滑金屬銷(xiāo)釘，避免直接接觸 PLA 打印件，減少摩擦。非線(xiàn)性路徑使用特氟龍管。電機(jī)上方有一套棘輪卷軸機(jī)構(gòu)，幾秒鐘就能手動(dòng)重新張緊肌腱，不需要拆任何東西。

他們還發(fā)明了一種“可彈出關(guān)節(jié)”（Poppable Pin Joints）。3D 打印關(guān)節(jié)的老問(wèn)題是過(guò)載就斷，ORCA 的關(guān)節(jié)在受到過(guò)大外力時(shí)不會(huì)折斷，而是“脫臼”。軸承安放在弧形凹槽中，正常運(yùn)行時(shí)卡得緊，碰撞時(shí)能彈出來(lái)。彈出來(lái)怎么辦？按回去即可。不換零件，不停機(jī)。組裝的時(shí)候也是同樣的操作，按進(jìn)去卡住就行。

第三個(gè)關(guān)鍵是自動(dòng)校準(zhǔn)。肌腱路由設(shè)計(jì)確保每根肌腱都穿過(guò)或接近關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)因此近似線(xiàn)性且彼此解耦。校準(zhǔn)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)把每個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)到機(jī)械極限，記錄電機(jī)位置，結(jié)合 CAD 模型中已知的關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，算出電機(jī)到關(guān)節(jié)角度的線(xiàn)性映射。不需要外部傳感器，幾分鐘完成。

精度測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)用 AprilTag 標(biāo)記和 60fps 攝像頭追蹤關(guān)節(jié)實(shí)際角度，發(fā)現(xiàn) ORCA Hand 在 0.2Hz 和 0.5Hz 正弦波指令下的跟蹤精度與 LEAP Hand 相當(dāng)，延遲在 0.2 秒以?xún)?nèi)。而且 ORCA Hand 的運(yùn)動(dòng)比 LEAP Hand 更平滑，后者有明顯的抖動(dòng)，可能和手指內(nèi)部電機(jī)的慣量有關(guān)。

可靠性測(cè)試中，ORCA Hand 連續(xù)抓握毛絨玩具 2,250 次、持續(xù) 2.5 小時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)肌腱松弛、電機(jī)過(guò)熱或部件損壞（實(shí)驗(yàn)是主動(dòng)停止的，不是因?yàn)槌隽藛?wèn)題）。論文 v2 版本的數(shù)據(jù)顯示，這只手承受了超過(guò) 10,000 個(gè)連續(xù)操作循環(huán)，大約 20 小時(shí)不間斷運(yùn)行，沒(méi)有硬件故障。負(fù)載方面，四指抓握最大可承受 10.5 公斤（103N），單根食指可承受 2 公斤。

（來(lái)源：arXiv）

應(yīng)用層面的演示覆蓋了三個(gè)方向。遙操作端，他們用 ROKOKO 動(dòng)捕手套控制 ORCA 完成了拿筆寫(xiě)字、擰開(kāi)罐頭蓋、倒水、使用電鉆等精細(xì)任務(wù)。強(qiáng)化學(xué)習(xí)端，他們用 IsaacGym 并行訓(xùn)練 4,096 個(gè) ORCA 手模型，僅一小時(shí)訓(xùn)練后就能零樣本遷移到真實(shí)硬件上完成網(wǎng)球的手內(nèi)旋轉(zhuǎn)。模仿學(xué)習(xí)端，他們用擴(kuò)散 Transformer 架構(gòu)訓(xùn)練了抓取 - 放置策略，其中使用顏色分割預(yù)處理的版本在測(cè)試區(qū)域內(nèi)達(dá)到了 86.7% 的成功率。

觸覺(jué)傳感是 ORCA Hand 在同價(jià)位產(chǎn)品中一個(gè)明確的差異點(diǎn)。每個(gè)指尖內(nèi)置力敏電阻傳感器（Force Sensing Resistor，F(xiàn)SR），覆蓋在硅膠皮膚下，提供二值觸覺(jué)反饋。靈敏度實(shí)測(cè)低至 0.05N，遠(yuǎn)超標(biāo)稱(chēng)的 0.29N 觸發(fā)力。但論文也寫(xiě)明了局限：硅膠皮膚在 2m000 到 4,000 次抓取后開(kāi)始老化，影響傳感可靠性；連接傳感器的細(xì)銅線(xiàn)在 4,500 到 7,000 次抓取后可能在關(guān)節(jié)附近斷裂。

此次商業(yè)化發(fā)布推出了三個(gè)配置，共享同一套機(jī)械架構(gòu)和固件接口。orcahand lite，9 個(gè)自由度，面向簡(jiǎn)單抓取和演示，起價(jià)約 1,500 美元。標(biāo)準(zhǔn)版 orcahand，17 個(gè)自由度，起價(jià)約 3,500 美元。orcahand touch，17 個(gè)自由度加全指觸覺(jué)傳感，起價(jià)約 6,100 美元。

（來(lái)源：ORAC Hand）

ORCA Hand 并沒(méi)有在每個(gè)維度上都超過(guò) Shadow Hand。Shadow Hand 有 20 個(gè)自由度，超過(guò) 100 個(gè)傳感器，力反饋和觸覺(jué)分辨率遠(yuǎn)非 ORCA 可比。Shadow Robot 與 Google DeepMind 合作的 DEX-EE 系列更是專(zhuān)門(mén)為高強(qiáng)度機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，每根手指配備光學(xué)觸覺(jué)傳感器和數(shù)百個(gè)觸覺(jué)像素點(diǎn)。這些能力 ORCA 目前還做不到。

但 ORCA Hand 要解決的問(wèn)題不是取代 Shadow Hand。它要解決的是：全世界大量中小實(shí)驗(yàn)室和高校課程組的算法只能跑在仿真里，因?yàn)橘I(mǎi)不起硬件。過(guò)去一兩年靈巧操作領(lǐng)域的軟件進(jìn)展很快，擴(kuò)散策略、大規(guī)模仿真訓(xùn)練、零遷移強(qiáng)化學(xué)習(xí)，可很多團(tuán)隊(duì)連一只能用的手都沒(méi)有。ORCA Hand 把“擁有一只靈巧手”的門(mén)檻從六位數(shù)預(yù)算降到了一臺(tái) 3D 打印機(jī)。

在論文中，團(tuán)隊(duì)也提到了 ORCA Hand 目前存在的不足，例如長(zhǎng)時(shí)間使用后仍需手動(dòng)重新張緊肌腱，觸覺(jué)傳感器耐久性有待提高，銅線(xiàn)走線(xiàn)方案需要改進(jìn)。他們計(jì)劃開(kāi)發(fā)自動(dòng)張緊機(jī)構(gòu)，并將觸覺(jué)信號(hào)直接集成到學(xué)習(xí)流程中。不過(guò)，作為一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，在全球開(kāi)發(fā)者的參與下，這些問(wèn)題的迭代速度或許還能更快。

參考資料：

1.https://www.youtube.com/watch?v=WNtlUViSrPg

2.https://arxiv.org/abs/2504.04259

3.https://www.orcahand.com/

運(yùn)營(yíng)/排版：何晨龍