10万美元的灵巧手，苏黎世博士生用3D打印机和钓鱼线造出了平替

灵巧的机器人手大概是机器人学里最吸引人也最折磨人的课题之一。人类的手能拧瓶盖、旋钢笔、握电钻，也能轻轻拈起一张纸。而能接近这种灵巧度的机器人手，长期以来都是少数几家公司的专利产品，十几万美元起步，维护成本高昂，坏了还不一定修得好。对全世界绝大多数做灵巧操作研究的实验室来说，硬件本身是最大的瓶颈，不是算法写不出来，是手买不起。

2026 年 3 月 15 日，苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）软体机器人实验室的团队正式推出了 ORCA Hand 的商业化产品线，同步成立了 ORCA Dexterity 公司来运营这个项目。自相关的学术论文于 2025 年 4 月挂上 arXiv，其已经在多个会议上展出过，此次发布后它终于从实验室原型走向了可以订购和复制的标准化产品。

ORCA Hand 是一只 17 个自由度（Degrees of Freedom，DoF）的仿人机器人手，肌腱驱动，指尖集成触觉传感器，所有结构件都能用普通 3D 打印机制造，材料成本低于 2,000 瑞士法郎（约 2,200 美元，约 17,000 人民币），一个没有任何经验的人 8 小时内能完成组装。设计文件、控制代码、仿真环境和组装指南全部开源（项目地址：https://github.com/orcahand）。

长期以来，灵巧操作的标杆级产品都是伦敦 Shadow Robot 公司的 Shadow Dexterous Hand，其拥有 20 个自由度，超过 100 个传感器，是 NASA 和 OpenAI 的标配工具。但它的价格超过 10 万瑞士法郎（约 870,000 人民币），DEX-EE 系列起价约 7.4 万美元，维护需要企业级支持，设计高度集成导致维修困难。

Wonik Robotics 的 Allegro Hand 便宜一些，大约 1.9 万美元，直驱设计，但体积大、形态受限，做不到人手的灵活。卡内基梅隆大学的开源 LEAP Hand 材料成本也在 2,000 美元以下，组装只要 3 小时，可靠性出色，但所有直驱手共享一个问题：电机嵌在手指里，惯量大，外形臃肿，快速灵活的动作做不了。

ORCA Hand 想在这些方案中间找一个新位置：肌腱驱动保留接近人手的外形和灵巧度，3D 打印和开源压低门槛，再通过工程设计解决肌腱系统最致命的老问题，可靠性。

肌腱驱动手的天然劣势是肌腱（通常是尼龙钓鱼线）会松弛、磨损，精度随时间下降。ORCA 团队做了几件针对性的事。所有肌腱都绕过光滑金属销钉，避免直接接触 PLA 打印件，减少摩擦。非线性路径使用特氟龙管。电机上方有一套棘轮卷轴机构，几秒钟就能手动重新张紧肌腱，不需要拆任何东西。

他们还发明了一种“可弹出关节”（Poppable Pin Joints）。3D 打印关节的老问题是过载就断，ORCA 的关节在受到过大外力时不会折断，而是“脱臼”。轴承安放在弧形凹槽中，正常运行时卡得紧，碰撞时能弹出来。弹出来怎么办？按回去即可。不换零件，不停机。组装的时候也是同样的操作，按进去卡住就行。

第三个关键是自动校准。肌腱路由设计确保每根肌腱都穿过或接近关节旋转中心，各关节运动因此近似线性且彼此解耦。校准时系统自动把每个关节驱动到机械极限，记录电机位置，结合 CAD 模型中已知的关节活动范围，算出电机到关节角度的线性映射。不需要外部传感器，几分钟完成。

精度测试中，团队用 AprilTag 标记和 60fps 摄像头追踪关节实际角度，发现 ORCA Hand 在 0.2Hz 和 0.5Hz 正弦波指令下的跟踪精度与 LEAP Hand 相当，延迟在 0.2 秒以内。而且 ORCA Hand 的运动比 LEAP Hand 更平滑，后者有明显的抖动，可能和手指内部电机的惯量有关。

可靠性测试中，ORCA Hand 连续抓握毛绒玩具 2,250 次、持续 2.5 小时，没有出现肌腱松弛、电机过热或部件损坏（实验是主动停止的，不是因为出了问题）。论文 v2 版本的数据显示，这只手承受了超过 10,000 个连续操作循环，大约 20 小时不间断运行，没有硬件故障。负载方面，四指抓握最大可承受 10.5 公斤（103N），单根食指可承受 2 公斤。

应用层面的演示覆盖了三个方向。遥操作端，他们用 ROKOKO 动捕手套控制 ORCA 完成了拿笔写字、拧开罐头盖、倒水、使用电钻等精细任务。强化学习端，他们用 IsaacGym 并行训练 4,096 个 ORCA 手模型，仅一小时训练后就能零样本迁移到真实硬件上完成网球的手内旋转。模仿学习端，他们用扩散 Transformer 架构训练了抓取 - 放置策略，其中使用颜色分割预处理的版本在测试区域内达到了 86.7% 的成功率。

触觉传感是 ORCA Hand 在同价位产品中一个明确的差异点。每个指尖内置力敏电阻传感器（Force Sensing Resistor，FSR），覆盖在硅胶皮肤下，提供二值触觉反馈。灵敏度实测低至 0.05N，远超标称的 0.29N 触发力。但论文也写明了局限：硅胶皮肤在 2m000 到 4,000 次抓取后开始老化，影响传感可靠性；连接传感器的细铜线在 4,500 到 7,000 次抓取后可能在关节附近断裂。

此次商业化发布推出了三个配置，共享同一套机械架构和固件接口。orcahand lite，9 个自由度，面向简单抓取和演示，起价约 1,500 美元。标准版 orcahand，17 个自由度，起价约 3,500 美元。orcahand touch，17 个自由度加全指触觉传感，起价约 6,100 美元。

ORCA Hand 并没有在每个维度上都超过 Shadow Hand。Shadow Hand 有 20 个自由度，超过 100 个传感器，力反馈和触觉分辨率远非 ORCA 可比。Shadow Robot 与 Google DeepMind 合作的 DEX-EE 系列更是专门为高强度机器学习实验优化，每根手指配备光学触觉传感器和数百个触觉像素点。这些能力 ORCA 目前还做不到。

但 ORCA Hand 要解决的问题不是取代 Shadow Hand。它要解决的是：全世界大量中小实验室和高校课程组的算法只能跑在仿真里，因为买不起硬件。过去一两年灵巧操作领域的软件进展很快，扩散策略、大规模仿真训练、零迁移强化学习，可很多团队连一只能用的手都没有。ORCA Hand 把“拥有一只灵巧手”的门槛从六位数预算降到了一台 3D 打印机。

在论文中，团队也提到了 ORCA Hand 目前存在的不足，例如长时间使用后仍需手动重新张紧肌腱，触觉传感器耐久性有待提高，铜线走线方案需要改进。他们计划开发自动张紧机构，并将触觉信号直接集成到学习流程中。不过，作为一个开源项目，在全球开发者的参与下，这些问题的迭代速度或许还能更快。

参考资料：

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

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

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

运营/排版：何晨龙