Cartesian Hand 是杜克大学通用机器人实验室 2026 年 9 月公开的末端执行器，设计目标是只用直线运动完成手内操作。整机 7 个自由度全部是移动副，没有任何旋转关节，结构是两个上下叠放、各自独立驱动的平行夹爪，配四个可滑动的指尖，靠七个舵机经齿轮齿条和燕尾导轨传动。整机 850 克，完全闭合时约 166 × 100 × 76 毫米，3D 打印 PLA 或尼龙，成本约 500 美元。实验部分在 35 个物体上各做 10 次试验，共 350 次全部成功。它的取舍很清晰，放弃旋转关节换取制造简单和运动学无奇异，代价是强依赖物体自带的螺纹、枢轴、导轨这类约束机构。
为什么放弃旋转关节
多指灵巧手普遍用旋转关节模仿人手，自由度多，控制空间也大，代价是结构复杂、成本高、运动学容易出奇异。平行夹爪反过来，只有开合一个动作，可靠且便宜，但能做的操作有限。
Cartesian Hand 想占的是中间位置。它把全部运动限制在固定的笛卡尔方向，结构上就不可能出现旋转关节常见的位形奇异。论文给出雅可比矩阵是常数矩阵，12 × 7 且满列秩 7，这意味着逆运动学有解析解，不需要迭代，实时性好。
七个自由度的分工是这样。q0 和 q4 控制两个夹爪各自的开合，q1、q2、q5、q6 控制四个指尖在各自夹爪内的滑移，q3 控制上下两个夹爪之间的分离。全部动作都是推、拉、开、合，没有拧。
驱动与结构参数
七个关节都用 Feetech STS-3915 舵机，经齿轮齿条把旋转变成直线，燕尾导轨约束运动方向。单个舵机额定峰值扭矩 1.39 牛米，折算到齿条的理论峰值力约 170 牛，没算传动损耗。
指尖行程 65 毫米。夹爪开合行程和层间分离行程各 52 毫米。关节速度约 60 毫米每秒。单个夹爪静态持重 2 公斤。指尖贴摩擦胶带提高摩擦。
工作空间论文也给了数字，下夹爪指尖约 159 × 52 × 32 毫米，上夹爪指尖约 159 × 52 × 84 毫米，上层多出来的一段是叠放结构带来的。
没有视觉也没有力传感
这台手只用舵机本体感觉的关节反馈做接触检测。判据是当关节被力矩限制命令继续运动，而速度在一段时间里低于阈值，就认定碰到了东西。力矩传感器和触觉传感器都没有，摄像头也没装。指尖嵌了 AprilTag，论文说明这是为将来的视觉反馈预留，当前版本不用。
操作过程中机械臂保持静止，只动手腕以下的部分。这简化了控制，也限制了它只能做被抓在手里的物体。
350 次实验怎么做的
论文把操作原语做了系统化简。七个关节的二进制驱动状态理论上有一百多种，用对称性归约到 21 类，再归纳成 5 个可复用原语，静态保持、点推或点拉、水平开合、垂直开合、平移与枢转与扭转。另有 6 种组合原语，双旋转和双平移各一种，双抓握一种，挤压类分升降、扭转升降、推拉三种。
实验物体 35 个，覆盖实验室、制造、家庭三类，包括注射器、移液器、离心管、钳子、螺丝刀、喷瓶、灯泡。每个物体 10 次试验，350 次全部成功。新物体适配同类流程最多需要 5 次准备试验。
部署平台是 Franka Emika Panda 固定臂，论文说同一套流程原样迁移到了 Duke Humanoid v2 上，并用双手完成了离心管开盖加移液的双臂实验。
明确的适用边界
论文自己写清了限制，这些边界比成功率更值得读。
- 面向结构化操作，强依赖物体自带螺纹、枢轴、直线导轨、柱塞、扳机这类约束机构。
- 假设物体初始位姿已知并且经过标定，没有视觉就没有重定位能力。
- 没有接触位置和接触力的观测，力控只能靠舵机反馈间接推断。
- 电机型号、成功率等数据出自项目方自测，尚无第三方复现。
- 关节速度约 60 毫米每秒这类指标，论文没有给出测试方法。
常见问题
它能拧瓶盖吗？ 论文的双臂实验包含离心管开盖。前提是瓶盖和瓶身已对准，且物体有可借力的结构。
成本 500 美元含机械臂吗？ 不含。那是末端执行器本身的物料成本。
代码和设计图开源了吗？ 项目页声明将开源软硬件设计，仓库已建立，论文阶段标注为预印本。