腱驱动人形机械手——RUKA
RUKA 是一只成本不到 1300 美元（约 9000 元人民币）的腱驱动人形机械手：5 指、15 自由度、11 个电机全部放在前臂，通过柔性腱牵引手指。它的核心创新是——用现成 MANUS 数据手套做“学习传感器”，直接用神经网络学会从指尖位置到电机指令的映射，从而绕开了腱驱动手难以精确建模的难题。图1｜RUKA 整机外观：腱驱动人形机械手，可完成类人抓取为什么值得关注？真正开源：3D 设计（OnShape）、控制代码、MuJoCo 模型、数据集和组装文档全部公开，7 小时可装完。 极低造价：基础版约 $500，完整版约 $1300，远低于 Allegro（$15,000）和 Shadow（$100,000）。 类人尺寸：长宽接近人手平均数据，能直接复用人类抓取演示数据，减少重定向。 学习即控制：不依赖关节编码器，靠数据手套 + 神经网络完成指尖/关节控制。 图2｜设计原则与尺寸对比：RUKA 在低成本、类人形态、易用性之间取得平衡硬件设计：15 自由度 + 欠驱动自由度配置：拇指 3 电机 3 自由度；其余四指各 2 电机，PIP/DIP 耦合驱动，共 15 DOF / 11 执行器。 关节布局：MCP 掌指关节采用旋转关节简化；手指自然张开实现无外收展自由度；CMC 腕掌关节实现对掌。 材料：PLA 3D 打印骨架 + FilaFlex Foamy TPU 软垫 + 3M 摩擦胶带 + 200 磅编织钓鱼线作腱。 制造：Bambu Lab X1C 打印 24 小时，热熔螺母 + 金属销轴 + 拉伸弹簧，无需钻孔或胶合。 图3｜RUKA 的 15 自由度、手指自然张开与腱/弹簧驱动结构性能数据：抓握力全面领先RUKA 在 Kapandji 测试、运动范围、GRASP 分类法 33 种抓取，以及力量测试上均优于 LEAP 和 Allegro。关键数据：捏力：2.74 N（略超 LEAP 2.45 N，Allegro 1.60 N）。 载荷：6.0 kg，是 LEAP 的 1.5 倍、Allegro 的 1.7 倍。 抗滑移：DIP/PIP 33.02 N，MCP 16.15 N，均为对比平台最高。 耐久：连续运行 20 小时无显著精度下降，电机温度稳定。 抓取：33 种标准人手中成功复现 29 种。 载荷测试：RUKA 可稳定提起 6 kg 重物控制器：数据手套 + LSTM 神经网络腱驱动手的电机位置与指尖/关节角度没有简单解析关系。RUKA 的做法是：把 MANUS 数据手套直接套在机器人手上，采集指尖位置 f_t 和关键点 k_t；在电机限位内随机采样，自主生成大量（指尖/关节位置，电机指令）数据对；用 LSTM 处理过去 10 帧手指状态，再经 MLP 头预测电机位置，MSE 损失 + AdamW 优化。在人类验证集上，拇指三轴平均误差约 0.5–0.8 cm；在机器人验证集上约 0.2–0.3 cm。更值得注意的是，将控制器直接换到一只新组装、校准后的 RUKA 上，指尖位置差异仅约 3 mm。MANUS 数据手套采集 + LSTM-MLP 控制器架构遥操作与策略学习基于学习控制器，RUKA 实现了 25 Hz 的手部遥操作（直接控电机可达 40 Hz）。配合 ArUco 标签还能同时控制手臂。在策略学习方面，团队部署了 HuDOR 模仿学习框架，用人类视频生成机器人重放轨迹，再学习残差策略微调。Cube Flipping（翻方块）和 Bread Pick and Drop（取放面包）两个任务平均训练约 40 个 episode、45 分钟收敛。遥操作任务：掌内抓取与手臂-手部协同操作结语RUKA 把“腱驱动 + 3D 打印 + 学习控制”三条线拧在一起，证明低成本、高灵巧的人形机械手并非只能二选一。它不仅能复刻大部分人类抓取，还能通过数据手套直接学习人类动作。论文也坦诚指出：目前仍依赖较贵的 MANUS 手套、缺乏触觉和 MCP 主动外展，未来版本会逐步补齐。对研究者和极客来说，RUKA 已经是一个值得关注的开源平台。📚 来源说明论文标题：RUKA: Rethinking the Design of Humanoid Hands with Learning（《RUKA：借助学习重新思考人形机械手设计》）作者：Anya Zorin*, Irmak Guzey*, Billy Yan, Aadhithya Iyer, Lisa Kondrich, Nikhil X. Bhattasali, Lerrel Pinto（纽约大学，* 共同一作）机构：New York University, USA出处：arXiv:2504.13165v1 [cs.RO]，2025-04-17（预印本）项目地址：ruka-hand.github.io译注：中文翻译由 AI 辅助完成，仅供学习交流，学术引用请以英文原文为准。来源：机械图纸狗
