CRAFT: A Tendon-Driven Hand with Hybrid Hard-Soft Compliance
作者: Leo Lin, Shivansh Patel, Jay Moon, Svetlana Lazebnik, Unnat Jain
分类: cs.RO, cs.AI, cs.CV
发布日期: 2026-03-12
💡 一句话要点
CRAFT：一种混合软硬度、肌腱驱动的灵巧手，适用于接触丰富的操作任务
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 灵巧手 机器人手 肌腱驱动 软硬结合 遥操作
📋 核心要点
- 现有灵巧手在接触密集型操作中，难以兼顾强度、耐久性和灵活性，尤其是在关节处容易损坏。
- CRAFT手采用混合软硬度设计，关节处使用软材料吸收冲击，连接件保持刚性以承受载荷，实现强度和灵活性的平衡。
- 实验表明，CRAFT手在结构测试中提高了强度和耐久性，在遥操作中能更好地处理易碎物品，并能完成多种抓取任务。
📝 摘要（中文）
本文介绍了一种名为CRAFT的手，这是一种肌腱驱动的拟人手，具有混合软硬度，适用于接触丰富的操作任务。其设计基于一个简单的理念：手部的接触并非均匀分布。冲击集中在关节处，而连接件承受大部分载荷。CRAFT在关节处使用软材料，并保持连接件的刚性，并使用滚动接触关节表面来保持弯曲在可重复的运动路径上。安装在手指上的15个电机通过肌腱驱动手，保持了紧凑的外形和轻便的手指。在结构测试中，CRAFT提高了强度和耐久性，同时保持了相当的可重复性。在遥操作中，CRAFT改善了对易碎和低摩擦物品的处理，并且该手覆盖了Feix分类法中的33/33个抓取姿势。完整的设计成本低于600美元，并将以开源形式发布，包含基于视觉的遥操作和仿真集成。
🔬 方法详解
问题定义：现有灵巧手在接触密集型操作中面临强度、耐久性和灵活性之间的权衡问题。传统的刚性手虽然强度高，但缺乏柔顺性，容易损坏物体或自身；而完全柔性的手虽然柔顺，但承载能力有限。此外，关节是手部最容易受到冲击和磨损的部位，现有设计往往难以有效保护关节。
核心思路：CRAFT手的设计核心在于“接触非均匀性”：冲击主要集中在关节处，而连接件主要承受载荷。因此，CRAFT手采用混合软硬度设计，即在关节处使用软材料来吸收冲击，保护关节，同时保持连接件的刚性，以提供足够的强度和承载能力。此外，采用肌腱驱动方式，将电机放置在手掌之外，减轻手指重量，提高灵活性。
技术框架：CRAFT手是一个肌腱驱动的拟人手，包含以下主要组成部分： 1. 手指和手掌结构：采用混合软硬度设计，关节处为软材料，连接件为刚性材料。 2. 肌腱驱动系统：15个电机通过肌腱驱动手指运动，电机安装在手掌之外。 3. 滚动接触关节：采用滚动接触关节表面，保证弯曲运动的可重复性。 4. 控制系统：包含基于视觉的遥操作和仿真集成。
关键创新：CRAFT手的关键创新在于其混合软硬度设计，这种设计能够有效地平衡强度、耐久性和灵活性。与传统的刚性手或完全柔性的手相比，CRAFT手能够更好地适应接触密集型操作，并能更好地保护自身和操作对象。此外，肌腱驱动方式和滚动接触关节设计也提高了手的灵活性和可重复性。
关键设计：CRAFT手的关键设计包括： 1. 软材料的选择：关节处软材料的选择需要考虑吸震性能、耐磨性和耐久性等因素。（具体材料未知） 2. 肌腱的布局和张力控制：肌腱的布局需要保证手指运动的自由度和精度，肌腱的张力控制需要保证手的稳定性和承载能力。（具体参数未知） 3. 滚动接触关节的几何设计：滚动接触关节的几何设计需要保证弯曲运动的可重复性和平滑性。（具体参数未知）
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
CRAFT手在结构测试中表现出更高的强度和耐久性，同时保持了与现有手相当的可重复性。在遥操作实验中，CRAFT手能够更好地处理易碎和低摩擦物品，并且能够完成Feix分类法中的所有33种抓取姿势。此外，CRAFT手的制造成本低于600美元，具有较高的性价比。
🎯 应用场景
CRAFT手具有广泛的应用前景，包括：工业自动化、医疗机器人、服务机器人等。在工业自动化领域，CRAFT手可以用于抓取和装配各种形状和尺寸的零件，尤其适用于处理易碎或贵重的物品。在医疗机器人领域，CRAFT手可以用于进行精细的手术操作或辅助康复训练。在服务机器人领域，CRAFT手可以用于执行各种日常任务，如清洁、烹饪等。该研究的开源设计有助于加速灵巧手技术的普及和应用。
📄 摘要（原文）
We introduce CRAFT hand, a tendon-driven anthropomorphic hand with hybrid hard-soft compliance for contact-rich manipulation. The design is based on a simple idea: contact is not uniform across the hand. Impacts concentrate at joints, while links carry most of the load. CRAFT places soft material at joints and keeps links rigid, and uses rollingcontact joint surfaces to keep flexion on repeatable motion paths. Fifteen motors mounted on the fingers drive the hand through tendons, keeping the form factor compact and the fingers light. In structural tests, CRAFT improves strength and endurance while maintaining comparable repeatability. In teleoperation, CRAFT improves handling of fragile and low-friction items, and the hand covers 33/33 grasps in the Feix taxonomy. The full design costs under $600 and will be released open-source with visionbased teleoperation and simulation integration. Project page: http://craft-hand.github.io/