灵巧手是人形机器人的末端执行器，类似于人的双手，能执行各种各样的任务，是人形机器人实现功能的关键部件。申万宏源证券机器人团队认为，人形机器人的通用性不仅表现在肢体上，更表现在执行具体任务的灵巧手上，灵巧手已成为人形机器人的标配部件。特斯拉Optimus对灵巧手持续研发和升级——第一代到第二代增加了触觉感知，第三代从11个自由度提升至22个，驱动电机外置、腱绳控制、触觉传感器覆盖增加。灵巧手涉及驱动、传动、感知三大硬件层面，技术壁垒极高，是人形机器人边际增量方向。

为什么需要人形机器人？按照第一性原理，人类社会基于拥有两条手臂、十个手指的双足人形互动而形成，人形机器人需要适应人类环境并执行人类所做之事。灵巧手是人形机器人的末端执行器，帮助机器人执行各种各样的任务，功能包括基础功能（精准抓取、复杂操作、高动态操作）、感知功能（触觉感知、力觉感知、位置角度感知）以及自适应与学习功能。灵巧手的性能要求包括负载能力、运动能力（自由度、活动范围、运动速度）、控制能力（精度、稳定性、响应速度）和感知能力（触觉分辨率、力觉精度、测量精度、泛化性）。人类的双手过于灵巧，若要达到相似水平，灵巧手在设计、制造和量产方面都有极高难度，各指标之间存在相互影响和冲突，取得均衡难度极高。

特斯拉第一代Optimus采用空心杯电机+腱绳+蜗轮蜗杆方案，单只灵巧手有11个自由度、6个执行器模组，空心杯电机以体积小、重量轻、响应快的特点适合精密控制。第二代Optimus于2023年12月发布，手指腹部增加黑色皮肤“触觉传感器”，演示双指拿鸡蛋动作——对于有重量、表面光滑的球形物体，仅靠视觉无法判断是否“抓稳”，需要手部压力和摩擦力等力反馈信息，触觉传感器为获取力反馈的核心器件。第三代Optimus灵巧手从11个自由度提升至22个自由度；将电机和驱动器外置于手臂；用腱绳完成手指的控制和伸展；触觉传感器的覆盖度增加。2024年10月WeRobot大会现场展示，特斯拉工程师表示到2024年底前将改善触觉感知和重量分布均衡。灵巧手已成为特斯拉机器人持续升级的核心边际增量方向。

驱动系统是灵巧手的动力源，分为驱动器内置、外置和混合式。电机类型包括空心杯电机和无刷有齿槽电机，空心杯电机体积小（最小外径8mm）、响应快（<20ms）、精度高，适合灵巧手精密控制；无刷有齿槽电机输出扭矩大、成本较低。传动系统将驱动器运动传递到手指关节，包括电机直驱（齿轮）、绳驱动、连杆传动、丝杠传动及多种组合。腱绳驱动是目前应用最广泛的传动方式，特斯拉Optimus采用腱绳方案，使大型驱动器远离执行机构、减轻末端负载、排布灵活。感知系统以触觉传感器为核心，按照原理分为压电式、压阻式、电容式、摩擦电式等；按照结构和材料分为力/力矩传感器（置于手指内部）、柔性传感器（电子皮肤）和MEMS压力传感器。多种技术路线并行发展，尚未定型。

表：特斯拉Optimus灵巧手三代进化对比

版本	自由度	驱动位置	传动方式	传感器
第一代	11	手指内置	空心杯电机+腱绳+蜗轮蜗杆	无
第二代	11	手指内置	空心杯电机+腱绳+蜗轮蜗杆	触觉传感器（手指腹部）
第三代	22	前臂外置	腱绳	触觉传感器覆盖增加