小米披露 21 自由度仿生手，构型来自 1,827 个工厂 SOP

10 月 27 日，小米技术披露了一款 21 自由度仿生灵巧手，由 26 个电机混合驱动，配有 1,500 点高密度全掌触觉。它的构型来自小米汽车智能制造部中试中心的 1,827 个真实作业 SOP（标准作业程序），小米以此为依据敲定这只手需要多少个自由度。

图丨小米 21 自由度仿生手与触觉手套（来源：小米技术）

这款仿生手承接了小米之前的技术积累。今年 3 月，小米技术公开 CyberOne 全掌触觉仿生手方案，采用可更换触觉手套，覆盖指尖、指腹与掌心；7 月，小米机器人在小米汽车工厂的「实习」满 4 个月，自攻螺母上件工站双侧作业成功率提升到 98%，雷军当时表示，仿生灵巧手等新实践也在持续探索中。

据小米介绍，柔性制造的生产任务规模和灵巧操作的多样性都很高，团队因此把它作为这只手的设计原点。中试中心 16 个典型工段共有 2,579 个 SOP，团队从中选出 1,827 个，采集了多角度视频和动作捕捉数据，覆盖 70.8% 以上典型工段的人工作业工序。这些数据经过分类、切片、清洗和重定向，用于基于人手的多维数据分析和仿真；团队还用工厂里实际的工具、零件和操作物做成仿真数字资产，对仿生手做多角度抓握验证。

团队先从自由度利用率切入分析。研究将实际作业里各关节的活动范围，和人手对应自由度的完整平均行程对比，结果显示，被测自由度的利用率基本都高于 50%。团队同时统计关节间的耦合相关性：以单根手指为例，远端指间关节（DIP）屈曲角度一般约为近端指间关节（PIP）的三分之一。相关性高于 0.8 的关节组合，会作为欠驱动耦合方案的候选，可共用一套驱动源。

图丨小米仿生手与人手对比（来源：小米技术）

通过多组仿真消融实验，最终确定 21 个自由度。据小米介绍，17–21 自由度区间的平均稳定抓握成功率，相比 6–15 自由度区间高出 15%–38%；其中 21 自由度方案，在工厂任务覆盖度与抓握成功率上收益最高。自由度继续加到 23 及以上，抓握性能的提升幅度明显收窄。在使用工厂零部件、工具开展的多姿态真机抓握测试中，这款新仿生手的抓握拟人度、成功率，相比前代低自由度版本均有进步。

驱动上，这只手以腱绳驱动为主，在负载要求较低的关节加入了 5 个直驱自由度，用来缓解高自由度带来的结构堆叠问题。绳驱电机主要放在小臂，手掌重量为 324 克，末端转动惯量随之降低。针对腱绳蠕变带来的非线性控制问题，团队设计了腱绳张力传感器，用于指尖末端和抓握过程的精细力控。

散热依靠一套热预测模型管控。据小米介绍，仿生手抓握时有大量非周期性的大电流保持工况，极端情况下单手功耗超过 100 瓦。模型在线预测维持当前操作 5 至 10 分钟后的温度分布，估算超温剩余时间，提前调度任务、降低关节扭矩或调节风扇转速，预测精度优于 3 ℃。模型结合了电磁与热降阶的物理模型，以及基于在线递归最小二乘的机器学习修正。由于小米机器人采用全身包布设计，团队还在研究高导热材质填充、表面辐射改性和自然吸湿蒸发等方向的散热织物。

触觉设计延续前代触觉手套思路。新款仿生手在指尖、指腹、指根位置触觉空间分辨率达到 1 毫米，掌心为 2 毫米。触觉手套支持拆装维护，也可用来采集和人手结构对齐的触觉数据集。