绳驱灵巧手的高自由度、轻量化与柔顺控制，三者都依赖于一条持续处于适度张紧状态的腱绳。腱绳一旦松弛，打滑、空程、控制精度漂移等问题会接连触发；张得太紧，又会加速腱绳与导绳管的磨损，缩短整个传动链的寿命。张紧这件事看着像结构细节，实际上是决定整手能不能跑得久、调得准、扛得住负载的关键设计点。

为什么必须张紧：腱绳传动的天然短板

腱绳（柔性绳索或高强度纤维绳）在灵巧手中替代刚性传动杆，将电机的扭矩经过滑轮组、绕线机构或管路传递到远端关节，实现"动力源外置、指尖轻量化"。这种结构带来三个工程层面的好处：减小末端转动惯量、降低电机热源对手指本体的影响、允许一根腱绳驱动多个关节做欠驱动抓取。

但柔性介质本身有一组难以回避的物理特性：

• 受载伸长与卸荷回弹。UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纤维绳如 Dyneema（帝斯曼）、Spectra（霍尼韦尔）等的断裂强度可达到 43 cN/dtex 级（同钢丝绳相比，单位重量抗拉强度 15 倍以上），但工作区间内的弹性伸长仍然可观。钢绳相对低伸长，但同样存在应力松弛与温致伸缩。
• 使用过程中的蠕变松弛。纤维绳在恒定张力下随时间会出现渐进性伸长，短时间内可能达到百分之几，需要系统自动或者手动补偿。
• 走线路径上的摩擦与包角损耗。腱绳绕过腕部中心、指根滑轮、指中滑轮，每个折点都引入摩擦力和微弱的长度变化，这些变化累积成张力的偏差。
• 装配长度误差与材料公差。装配环节无法保证每根腱绳的初始长度、张力分布在误差带内。

这四点决定了灵巧手在装配、调试与运行三个阶段都需要一个可以补偿或者吸收这些偏差的机构——这就是张紧器。

张紧的本质目标不是"绷紧"，而是"恒张力"

工程上把张紧理解为"将一段绳索维持在预定张力窗口内"的状态，而不是"用最大力把它拽住"。具体到一个绳驱灵巧手指，工作张力通常按指尖目标输出力反推到腱绳侧：

 
指尖目标切向力 F_tip ───────────── 腱绳张力增量 T = F_tip / (r_pulley × i_g) 其中 r_pulley 为腱绳作用点半径， i_g 为减速比或耦合传动比。 

为保证 F_tip 在抓取范围内可重复输出，腱绳张力应在最小张紧力 T_min（保证不过松、不打滑）与最大允许值 T_max（保证腱绳与导绳管不超载）之间。张紧器的作用就是让张力稳定在这一窗口内，并对由温升、蠕变、磨损、装配误差引入的漂移进行补偿。

主流张紧方案的分级与适用场景

工程上常见的张紧机构可以按"被动 / 半被动 / 主动"三级分类。也有按"机械式 / 机电式 / 控制式"分；这两种分类并不冲突，下面按三级叙述。

1. 被动张紧：弹性元件持续补偿

被动力张紧的核心思想是用弹簧、弹性绳或弹性体的回弹力实时吸收腱绳的伸长、蠕变、温度位移与外力扰动。

常见的形式有三种：

• 弹簧定滑轮组。弹簧将一个或者多个动滑轮压在腱绳折回点，动滑轮的位置由弹簧力决定，腱绳在任何时候拉紧都会压缩弹簧，从而维持一个大致恒定的张力。北京航空航天大学 BH-985 灵巧手用过的交叉缠绕式固定张紧器、滑轮之间的弹性垫圈式张紧器都属于这一思路。
• 弹性绳（弹性体）回拉。这类结构一般用在手指关节的"伸展复位"侧。弹性绳穿过各指节远端的贯穿孔实现串联，当弯曲位姿下腱绳回拉时，弹性绳提供被动伸直力，同时维持闭合回路的张力下限。
• 串联弹性驱动器（SEA, Series Elastic Actuator）。把弹簧作为传动链中的"已知弹性元件"，通过测量弹簧变形间接测量腱绳张力，可以同时起到张紧和测力的双重作用。Tsinghua CN110883765B 中公开的自动调节张紧结构也是这个思路：弹簧推动连杆，连杆带动动滑轮，腱绳张紧力的波动被弹簧位移自动吸收。

从工程角度，被动张紧的优点是结构紧凑、可靠性高、不依赖控制介入；缺点是弹簧刚度和阻尼特性直接决定系统的传动刚度与动态响应，调整空间有限，弹簧本身的疲劳寿命也是约束条件。

2. 半被动张紧：手动调节 + 弹性吸收

半被动张紧在被动方案基础上增加一个手动或者外力可调的预紧位。此类机构用得最广。典型如：

• 螺钉/压板压紧的定滑轮。腱绳绕过固定半径的滑轮，滑轮轴或滑轮支座在外侧被一颗或者多颗螺钉压紧，旋紧螺钉会改变滑轮位置（进而改变腱绳折回路径的有效长度），从而实现预紧。张紧量通过螺钉扭矩或者行程标定。
• 偏心轮或凸轮张紧器。用偏心轮给腱绳一个可控的折回半径，半径增大时等效路径变长，腱绳被拉紧。这类结构调节量有一个有限行程，但拆装、再预紧流程非常快，适合量产装配。
• 差速轮组张紧。两个定滑轮与两个动滑轮按 1:2 或者 2:1 行程比联动，调整动滑轮的位置即可改变腱绳的"虚路径"长度。这种结构能在非常小的位移下完成相对大的等效张紧量，因此可以做得很紧凑。CN110883765B 即采用此思路：通过调节压板上的螺栓改变动滑轮位置，实现初步预紧；调节弹簧再负责在此基础上自动补偿腱绳的松弛与蠕变。

半被动张紧的工程经验：把可调节行程尽量做大一些，给装配留出 20%–30% 的冗余；调节机构建议放在电机的同一侧，方便维修；标定时建议先张到比目标张力略高，再缓慢回退到目标张力，避免装配过程中腱绳已经承受超载。

3. 主动张紧：差分机构、丝杠、电控反馈

主动张紧用电机或者高精度丝杠直接控制一个滑轮的位移，让张紧量成为可以由控制器实时写入的变量。常见实现：

• 双电机拮抗差分驱动。一根腱绳的两端各接一个电机，两侧电机按差分模式驱动：同向拉紧、反向放松。这种结构常用于双绳驱灵巧手（例如 DexHand021 Pro 类方案）：驱动弯曲侧的电机的同时由张力控制电机自动补偿走线长度误差。
• 丝杠加弹簧（串联弹性张紧）。电控丝杠给出粗调，弹簧给出细调。这种结构同时具备自动补偿与可外控的张力闭环，是大自由度灵巧手常用的组合方案。CN108312174B 公开的张紧装置由张紧弹簧、张紧装置滑块、张紧装置定块组成，张紧装置定块安装在各手指指节内部，张紧装置滑块套在定块内部，由张紧弹簧支撑着向外顶出，滑块伸出的一端有穿腱绳的孔——这是一个典型的指节内置被动张紧单元。
• 张力传感器闭环。腱绳回路上串联一个微型张力传感器，控制器实时读取张力并通过上述差分机构或者丝杠机构使张力维持在设定值。这种方案在长时间工作、温升较大、抓取负载动态变化剧烈的场景下非常必要。

主动张紧的代价是结构复杂度上升、占用体积增加、控制系统需要额外的带宽。一般在 5 指以上自由度、负载变化大、抓取动作种类多的灵巧手上采用。

张紧机构在传动链中的布置

张紧器放哪里，对系统的行为影响很大。结合实际工程经验，几条原则是普遍适用的：

• 尽量放在腕关节内侧走线汇聚点之后。腱绳走线常以腕关节中心作为分叉点，可让手指腱绳对腕关节产生的力矩最小。
• 张紧器位置应在"腱绳等效长度最长"的一侧。等效路径越长，张紧器单位位移能补偿的蠕变或者松弛越多，等效刚度越低，张力控制越平稳。但代价是腱绳总长增加，传动的总柔度上升，控制精度受影响。需要根据整手参数取舍。
• 双绳驱的对称布置。对于同时需要弯曲与伸展主动控制的灵巧手，张紧器应避免"单侧漂移"。DexHand021 Pro 采用的双绳驱设计，其中一套专门服务于张力自适应——同一根腱绳的两个张力端分别用一个弹性元件吸收，由控制器协同调整。
• 走线尽量走直线、回弯处用低摩擦导绳管。回弯越多，摩擦对张力的非线性扰动越大，张紧器越难稳定。

腱绳材料对张紧设计的影响

腱绳本身的材料特性决定了张紧器的设计余量。灵巧手常用的腱绳材料主要有三类：

• 高强度多股编织钢丝绳。抗拉强度高、工作伸长小、寿命长、不易蠕变，但单位重量重、对折弯敏感、断裂时存在断丝打结风险。常用于传统灵巧手（如 BH-985）。
• UHMWPE 编织绳（Dyneema、Spectra 同族）。单位重量抗拉强度极高（约同直径钢丝的 15 倍），可浮于水面，但蠕变量大，长期恒载下需要主动或者半主动张紧补偿。
• 芳纶编织绳（Kevlar 类）。耐热性能好，但抗紫外与抗湿老化能力弱，长期户外或工业场景下需要密封走线。

工程上一些实践经验：

• 蠕变补偿量。按 100 万次循环工况估算，UHMWPE 绳的累积蠕变伸长通常按 1%–3% 预留张紧器的总调节行程；钢丝绳可以放宽到 0.3%–0.8%。
• 温升补偿。电机长期运行下，手掌仓内的温度可能升高 30°C 以上。UHMWPE 在此温差下的热膨胀虽小，但弹簧刚度会随温度下降（部分橡胶类弹簧），从而拉低张紧力，这一变化要在标定中考虑。
• 抗弯疲劳。UHMWPE 抗弯疲劳性能优于钢丝绳，但与导绳管的滑动摩擦系数低，张力传递更平稳，代价是张紧器需要做闭环。

控制上的张紧：闭环算法与张力感知

单纯的机械张紧器只能解决"位移误差"，解决不了"扰动误差"。手指接触物体瞬间的冲击、抓取不同刚度物体时的负载变化、温升引起的弹簧刚度漂移——这些扰动必须由控制系统吸收。工程上常见两条路径：

• 间接张力控制。SEA 型张紧器让弹簧变形近似度量腱绳张力增量。工程师在电机电流环之外再增加一层弹簧变形环，控制器把弹簧变形维持在目标值，相当于把腱绳侧的张力维持在目标范围。这种结构的好处是不需要在腱绳上装额外的传感器，缺点是弹簧刚度的温漂会影响精度。
• 直接张力控制。在腱绳张紧侧串入微型张力传感器（应变片式、压电式或者光学式），控制器做张力闭环。优点是带宽高、精度好；难点是传感器本身的尺寸、线缆走线、长期稳定性都是工程挑战。

实际系统一般两者兼顾：张紧器先做"机械预紧"将工作点设在窗口中部，控制环再用张力闭环做细调，避免单一方案扛不住所有扰动。

工程方案选择的几条建议

• 不超过 2 个自由度的欠驱动手指，被动弹簧张紧 + 弹性绳回拉已经足够。
• 3–5 个自由度、追求一致性高的量产方案，建议半被动差速轮组 + 弹性元件组合，留出 20% 以上调节余量。
• 5 指以上、强负载、强交互场景的灵巧手，建议主动拮抗差分 + 张力传感器闭环，把机械张紧器保留作为"安全网"。
• 任何情况下，都建议在腱绳走线路径中预留 1–2 个可拆装节点，方便维修与张力复检