產(chǎn)業(yè)研究深度|高端裝備制造數(shù)量或倍增為企業(yè)客戶提供全方位的“產(chǎn)業(yè)+金融”研究服務(wù)！靈巧手是一種模擬人類手部功能的高自由度機器人末端執(zhí)行器，其核心價值在于突破傳統(tǒng)機械夾爪的局限性，賦予機器人接近人手般的靈活性與適應(yīng)性。它通過多關(guān)節(jié)、多模態(tài)感知和也是其成本占比最高的零部件之一，約占整機成本的20%-30%。未來人形機器人迭代提供的價值，將很大程度上通過靈巧手展現(xiàn)的柔性和協(xié)同能力來體率密度驅(qū)動（空心杯電機和無刷有齒槽電機）、精密傳動（行星滾柱絲杠）以及多模態(tài)感知），靈巧手是機器人的核心部件。根據(jù)特斯拉公開資料，特斯拉第三代靈巧手相比于第二代的變化為1）手部自由度從11個提升到22個，對應(yīng)的電機數(shù)量將可能提升到22個。（2）驅(qū)動器裝載部位由手部改為手腕。驅(qū)動方面，電機驅(qū)動是當(dāng)前主流方案。隨著第三代靈巧手自由度增加，電機需求相應(yīng)上升，這將為空心杯電機和無刷有齒槽電機供應(yīng)商帶來市場機會。若每只手配置22根絲杠，則單個人形機器人需要44根絲杠，預(yù)計將帶動絲杠產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企步提升傳感器部分。由于觸覺傳感器價值量較高，其應(yīng)用擴展也將使相關(guān)傳感器機器人落地進展不及預(yù)期風(fēng)險，現(xiàn)有主業(yè)下游發(fā)展不及預(yù)期風(fēng)險，競爭 6 37 2/49圖表目錄 6 6 7 7 10 12 13 14 14 16 16 233/49 24 25 27 27 圖表27：采用國產(chǎn)無刷有齒槽電機和行星滾柱絲杠單手預(yù)估價格2.9萬元 35 36 36 38 38 38 394/49 40 44圖表47：靈巧手價值量最高的零部件為空心杯電機、絲杠、減速器、觸覺 5/49一、靈巧手關(guān)鍵技術(shù)與具體方案對比等多樣化任務(wù)，極大地擴展了機器人的應(yīng)用范圍和操（2）傳動系統(tǒng)：將驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的動力轉(zhuǎn)換為手指關(guān)節(jié)的運動。傳動系統(tǒng)包括（3）傳感器系統(tǒng)：包括觸覺、力覺和位置傳感器等，用于感知手部與外界物體（4）控制系統(tǒng)：通過算法和軟件對驅(qū)動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)進行精確控制，以實現(xiàn)6/497/49接近人手。目前已知自由度最多的是ShadowHand，自由度達到24個。特斯拉人形機器人第一代單手擁有6個自由度，第二代11個自由度，整體向自由度更高發(fā)展。2014年起，已有至少4款靈巧手做到了21個自由度，傳動方式上，韌帶、3斯坦福大學(xué)395連桿35學(xué)458/4945439554學(xué)5學(xué)444394學(xué)3連桿394連桿395連桿55553連桿55555連桿9/49金驅(qū)動。1)電機驅(qū)動兼?zhèn)渚群徒?jīng)濟性。電機驅(qū)動方式中，電機經(jīng)減速器控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速后通過其他傳動裝置將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為手指的彎曲運動。驅(qū)動系統(tǒng)主要由電機、減速器組成。優(yōu)勢在于體積小、響應(yīng)快、調(diào)控方便、穩(wěn)定性好、精度高、輸出力矩穩(wěn)定等。后文將對主流手部電機空心杯電機和無刷有齒槽電機2)液壓驅(qū)動適用于大力抓取，但體積過于龐大。液壓驅(qū)動方式中，不可壓縮的液體將被壓入封閉系統(tǒng)，進而推動活塞移動，使手指產(chǎn)生力量和運動。驅(qū)動系統(tǒng)一般由液動機、伺服閥、油泵和油箱組成，常被用于工業(yè)機械手中，適合大型抓取作業(yè)。人手的重量較低，但可以實現(xiàn)單手吊環(huán)等大力輸出動作，液壓實現(xiàn)大力抓取的可能性最大，但系統(tǒng)龐大，小型化和便捷性技術(shù)有待突3)氣壓和形狀記憶合金驅(qū)動重復(fù)定位精度較低。氣壓驅(qū)動方式中，將對空氣進行壓縮，空氣的壓力會推動活塞或膜片移動，進而轉(zhuǎn)換成機器人手的運動。氣壓因為難以實現(xiàn)精確的位置控制，常用在簡單的抓持手，不能實現(xiàn)多關(guān)節(jié)4)形狀記憶合金驅(qū)動經(jīng)過變形后加熱到一定溫度，可以恢復(fù)到之前的形狀而產(chǎn)10/49模塊化設(shè)計；③易于更換維護染主要具備以下特點1）節(jié)能特性：能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在65%毫秒以上）。（3）波動特性：運行穩(wěn)定性十分可靠，轉(zhuǎn)速的波動很小。作為微11/49（1）繞組設(shè)計：繞組需要保證線圈的高密度以及排列的一致性，從而使得產(chǎn)品（2）動平衡的設(shè)計：轉(zhuǎn)子動平衡是電機生產(chǎn)制造過程中極其重要的一個工序，（3）資金投入：電機的自動化生產(chǎn)線中設(shè)備價格較高，繞組設(shè)備單臺價格百萬12/492）無齒槽：空心杯屬于無齒槽電機；在無齒槽電機中，定子上沒有齒槽結(jié)構(gòu)，13/49如諧波磁場電機、一體化技術(shù)電機。1）諧波磁場電機：通過改變電機內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)縮小體積、增大功率密度；2）一體化技術(shù)電機：通過集成減速器等肌腱傳動方式的腱繩傳動目前廣泛被靈巧手采用，根據(jù)各公司2024年中報，上14/49來源：《腱繩驅(qū)動機械手的設(shè)計及其柔性15/49來源：《基于欠驅(qū)動原理的多指靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗研究滾珠絲杠傳動，根據(jù)《空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計_韓運崢》，電機和滾珠絲動裝置安裝在手臂而非手指里面。16/49韓運崢》，國金證券研究所金證券研究所靈巧手的傳動裝置一般可以分為三級1）第一級：位于電機側(cè)，主要為減速器，起到的作用是精度調(diào)節(jié)2）第二級：最重要，負(fù)責(zé)動作執(zhí)行3）第三17/49②驅(qū)動單元少、控制簡③符合仿生學(xué)要求，具②可靠性較差，需一定③壽命較短，惡劣工況和疲勞測試中繩驅(qū)容易②抓握不規(guī)則物體時的①具備較高精度和高重①存在背隙可能降低傳②需要搭配其他傳動方式，比如滾珠絲杠、帶傳動或連桿，設(shè)計難度②傳動效率高，節(jié)省能源①成本較高；②自重增總體手部上可使用的傳感器包含力、位移、觸覺、角位移、視覺、壓力、力矩、 ——5 器國418/49斯坦福大學(xué)通過3電機實現(xiàn)6電機5繩4力5覺5覺高5 本單5 本55器學(xué)5管5管本5 19/493器息331度3具體使用案例上，根據(jù)特斯拉Gen2發(fā)布會，特斯拉機器人上確定搭載了觸覺傳20/49連桿根據(jù)特斯拉手部專利，手部共采用了約14種核心零部件。按價值量排序，執(zhí)行3)指節(jié)部件：近端402、遠端408、420，為殼體，我們預(yù)計價值量較小4)指節(jié)的兩端：410、412，為殼體，我們預(yù)計價值量5)樞軸（包含銷釘、銷軸等）：406、414，我們預(yù)計21/498)扭簧：遠端436、近端434，我們預(yù)計價值量較小10)其他：指甲、肌腱、自動張緊器、手動），14)霍爾效應(yīng)傳感器：由感應(yīng)器802和磁場源804組成（處理器114通過霍爾效根據(jù)特斯拉Gen1靈巧手專利，手指的基本工作機制通過電纜驅(qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行器第一步，根據(jù)特斯拉靈巧手專利顯示，其單手有5個手指，每個手指包含兩個指節(jié)（近指節(jié)206+遠指節(jié)208），每根手指靠緊固件固定在手掌上。這步22/49第二步，根據(jù)特斯拉靈巧手專利，其單手有6個自由度，因此包含6個執(zhí)行器和齒輪箱。其中執(zhí)行器主要放在手掌（第三代由于自由度增加，手掌容量難以包容，因此將執(zhí)行器裝載到容量更大的手臂）。這步新增了執(zhí)行器和齒23/49第三步，根據(jù)特斯拉靈巧手專利，其單指有2個樞軸結(jié)構(gòu)與2個扭簧。兩個樞軸分別位于手指的近端（406）和遠端（414），通常由銷釘或軸承構(gòu)成，分別位于手指的遠端和近端關(guān)節(jié)，不僅提供了額外的穩(wěn)定性，還能幫助手指在恢復(fù)初始狀態(tài)時提供反饋力量。這步新增了樞軸結(jié)24/49第四步，根據(jù)特斯拉靈巧手專利，其單指有2個電纜與2個通道結(jié)構(gòu)，電纜一端與執(zhí)行器相連，另一端通過復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)（424、426）沿手指內(nèi)部布線。當(dāng)執(zhí)行器運動時，電纜可以帶動靈巧手進行彎曲。通道結(jié)構(gòu)為電纜的移動提供了引導(dǎo)路徑，確保電纜在手指彎曲時能夠自由移動而不會打結(jié)。這步25/49第五步，根據(jù)特斯拉靈巧手專利，靈巧手有6個齒輪箱，每個執(zhí)行器通過一個齒輪箱控制電纜的移動。齒輪箱通常由蝸輪和蝸桿組成，齒輪箱中的滑輪與電纜相連，確保電纜的張力始終保持在一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。這步新增了齒輪26/49第六步，根據(jù)特斯拉靈巧手專利，靈巧手每個手指還配備了1個霍爾效應(yīng)傳感器用于監(jiān)測手指各個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度和位置?；魻栃?yīng)傳感器與處理器相連，當(dāng)手指旋轉(zhuǎn)時，通過測量磁場的變化來確定手指的確切位置，提供實時27/4928/49根據(jù)特斯拉公開信息，Gen3靈巧手相比于Gen2的主要變化在于1）手13-17個2）驅(qū)動器裝載在了手腕部位。柱絲杠，13個主動自由度）～17.3萬元（采用進口空心杯電機和滾柱絲杠,22），驅(qū)動電機上，我們假設(shè)單手主動自由度為22個，每個手指能夠用到1個無刷有齒槽電機，單手共計5個，其余17個主全采用空心杯電機；根據(jù)Maxon、兆威機電線上購物平臺官網(wǎng)，預(yù)計空心杯電機（帶霍爾傳感器）和無刷有齒槽電機價格分別為4500元/個（進口）、800元/29/49指縫間溫度傳感器：預(yù)計單手5個4）霍爾傳感器：據(jù)特斯拉專利，單手有5個，已包含在電機中。單價上，根據(jù)力感科技、上海測控、KMU、墨感科技官網(wǎng)30/49度，高度集成了電機、齒輪、哈默納科減速器由度由度人\\\\人0\\6\\5\\8\\0\\\\\\\\\\\6\\\\\\6\\\\\\\\哈工大\\\\\\\\\\\\31/49國內(nèi)市場上，因時機器人、傲意、騰訊RoboticsX實驗室且具有低成本供應(yīng)鏈優(yōu)勢，未來國產(chǎn)靈巧手有望占據(jù)稱式式量式\\5器\\5桿59\9\\\5\\\\5\\5\\\連桿5\\杠56\6手桿56\6\\5\\\\手3\8達8上\\5\\\32/49手\\\手\\56\6\5\\\手\56手\\5\6\6\二、驅(qū)動裝置：國產(chǎn)競爭力優(yōu)勢明顯由于生產(chǎn)難度系數(shù)更高，同級別空心杯電機是普通電機價格的10倍。據(jù)淘寶，矩大和減速比高的優(yōu)點，例如兆威機電的8mm微型電機轉(zhuǎn)矩達到750gf.cm，大于同公司的6mm的空心杯電機（轉(zhuǎn)矩為600gf.），8mm的空心杯電機減速比只有64:1。-33/49-15:164:1369:1達到85%以上。但國內(nèi)布局工業(yè)用空心杯電機的企業(yè)較多，如鳴志電器、兆威機圈杯電編碼制器框力法、空服驅(qū)動、電池性關(guān)部關(guān)機、空機、編碼器、機機組----34/49作、實樣龍01服系服一體服一體機、旋模組、車、醫(yī)來源：鳴志電器、鼎智科技、拓邦股份、禾川科技、Maxon、Portescap、FAULHABER、偉創(chuàng)電三、傳動方式：諧波減速器尚有差距，絲杠國產(chǎn)優(yōu)勢明顯傳動效率看，行星減速器和諧波減速器的傳動效率均大于85%，遠高于蝸輪蝸桿35/49器<2<1///元元器/減速比3至50：1<9<5<8<12/元元////<8來源：綠的諧波、哈默納科、Maxon、中大力德、DamenCN于原材料（海外如納伯斯特克用的是山陽特鋼）、加工和制造費用占比分別為25%、31%、28%，未來規(guī)模和設(shè)備自動化提高后，成本有36/49哈默納科已經(jīng)完成手指微型諧波減速器研發(fā)，哈默納科23年年報顯示，公司開發(fā)了用于人形機器人手部的迷你執(zhí)行器RSF-3C及RSF-5B，集成諧波減速器、無來源：哈默納科23年年報，國金證券研究所來源：人形機器人研究院公眾號，價格約1000-2000元。綠的諧波24年中報顯示，其超小型諧波減速器可以做到最小外徑為6mm，適用于智能機器人手指關(guān)節(jié)。宏勤自動化科技產(chǎn)品目錄顯示，37/49有有域隨絲杠技術(shù)成熟，靈巧手采用絲杠的概率有望大幅提升。在2024年北京機器人展覽上，KGG展出4mm直徑的行星滾柱絲杠，以及直徑1.5mm的行星滾珠絲杠；此外KGG還展出了集成了行星滾柱絲杠方案的靈巧手。淘寶網(wǎng)顯示，KGG超杠軸徑3mm售價為950元/根。38/49圖表38：KGG行星滾柱絲杠達到4m軸徑為20-65m39/49公司主要產(chǎn)品有包含行星滾柱絲杠在內(nèi)的多種機其研制的BT-GZXS行星滾柱絲杠具有長時間承受重載斯菱股份40/49產(chǎn)四、傳感器：精度存在差異，國產(chǎn)產(chǎn)品滿足一般場景特斯拉Gen2采用的方案預(yù)計采用了壓力式觸覺傳感器，像素數(shù)量約為8*12，我供應(yīng)鏈等。動態(tài)范圍寬，耐用，靈敏度高，原41/49\c.高精度反饋（如指腹）。預(yù)計會將三類方案結(jié)合在一起使用，分別是電阻式、u電阻式：大面積覆蓋，可用于手臂和身體部位。優(yōu)勢在于組裝簡單，易于大42/49批量生產(chǎn)，柔性更高，壽命更長，可靠性強，成本低，耐高溫和高壓。我們u電容式：用于指腹以辨別紋理。電容式適用于高精度場景，如新能源電池制u熱輻射式：可布局在指縫間感知溫度。通過熱輻射和紅外線去檢測人或金屬◆◆*9.7*9.7mm2◆◆*30*30mm2國內(nèi)外觸覺傳感器差距主要體現(xiàn)在國內(nèi)成本低但精度略低。（1）成本差異：海外產(chǎn)品在核心原材料等與國內(nèi)區(qū)別不大，國內(nèi)產(chǎn)品價格低廉。（2）性能差異：全球觸覺傳感器主要廠商有Tekscan