灵巧手行业深度报告：灵巧手赛道百花齐放，关注工艺收敛进程中的产业链机遇

首席证券分析师：周尔双执业证书编号：S0600515110002zhouersh@dwzq.com.cn 证券分析师：钱尧天执业证书编号：S0600524120015qianyt@dwzq.com.cn 灵巧手vs夹爪：场景落地不同，稳定性与泛化性的博弈。场景应用决定硬件需求，不同的场景匹配不同的硬件，无论是灵巧手还是夹爪，都有其适合的应用场景。夹爪：泛化能力有限但稳定性高，更适合工业应用场景。夹爪的泛化性弱于灵巧手，但低成本与高稳定性的特性使其更适配工业场景。一方面工业场景不会为多余的功能买单，夹爪可以以最高的性价比满足工业端需求；另一方面夹爪泛化性差但操作简单，现有的控制算法已可以赋予其较高的稳定性，这对于工业场景对高良率和高稳定性的要求比较友好。灵巧手：终局泛化能力强，适配更复杂的应用场景。灵巧手相比夹爪能实现更多复杂的操作，例如需要抓握、手指联动的场景中，灵巧手是必然选择。长期来看，人形机器人的最终目标就是融入人类的环境，因此灵巧手会是终局解决方案，能够适用于更多的应用场景。 驱动模块/减速模块/传动模块是灵巧手的三大组成部分。①驱动模块：电机驱动是目前灵巧手主流的驱动方案，空心杯电机、无刷直流电机、无框力矩电机均有应用，目前空心杯电机为主流方案。②减速模块：降低电机的转速从而输出更大的扭矩，主要包括行星减速器和谐波减速器，目前行星减速器为目前主流方案。③传动模块：若电机直驱动则仅需齿轮传动，非直驱方案传动方案包括微型丝杠或蜗轮蜗杆（将旋转运动转为直线）搭配腱绳或连杆（将直线运动传递至关节），目前微型滚珠丝杠+腱绳为主流方案。 ◆各企业灵巧手布局百花齐放。目前灵巧手赛道玩家众多，行业内既有仅研发灵巧手的企业，也有众多人形机器人本体企业在灵巧手赛道布局相关产品。目前行业内技术路径百花齐放，驱动、传动技术路线尚未完全收敛。我们统计了众多人形机器人本体企业与灵巧手企业的产品布局，发现电机驱动搭配腱绳传动的方案应用较多。其中特斯拉的灵巧手受市场关注度最高，一代灵巧手采用空心杯电机+行星减速箱+蜗轮蜗杆+腱绳驱动方案，二代灵巧手采用直流无刷电机+微型滚珠丝杠+腱绳驱动方案。 投资建议：推荐【兆威机电】【雷赛智能】【伟创电气】【鸣志电器】，建议关注【捷昌驱动】【南山智尚】【大业股份】【云中马】。 风险提示：人形机器人量产不及预期，灵巧手技术进展不及预期，宏观经济风险。 一、灵巧手vs夹爪：场景落地不同，稳定性与泛化性的博弈 二、驱动模块&减速模块：高功率密度电机为优选方案 三、传动模块：腱绳、连杆等多种方案各有优劣 四、商业落地：传感器、抓取模型打通商业落地最后一环 五、各企业灵巧手设计方案拆解 六、投资建议 七、风险提示 1.1灵巧手：人形机器人与外界交互的重要渠道 灵巧手是人形机器人末端执行的最优选择。手是人类经过长期进化演进的结果，是人与外界交互的重要渠道，是与现实世界交互的直接渠道。人形机器人作为仿人的产品，终极目标是做到替人与仿人，因此灵巧手理应是人形机器人末端执行的最优选择。人形机器人通过灵巧手能够使用人类设计的工具，以人的形态感知世界，更好地融入应用场景。 1.2性价比要求高+稳定性要求高的方案：夹爪 场景应用决定硬件需求，不同的场景匹配不同的硬件，灵巧手和夹爪都有其适合的应用场景。 夹爪作为目前机器人末端执行的解决方案之一，是工业夹治具的通用版本，主要形式为两指或三指（多指）夹持器，用于抓持并操控物体。最早的夹爪为两指夹持器，动作形式单一稳定，工作可靠，且具备较低的成本，但不能对复杂目标进行抓持。因此，后续又出现了三指或四指抓持手，在两指夹持器的基础上对目标物体实施多触点抓持，提高了抓持的成功率和可靠性。 夹爪在工业端已实现批量出货与应用。目前工业端机械臂末端抓取执行器普遍使用夹爪，已实现批量化应用。以钧舵机器人为例，公司的电动夹爪产品已在医疗（试剂检测）和3C领域批量出货。 1.3实现复杂操作+泛化能力强的终极解决方案：灵巧手 灵巧手和人手一样具有较好的负载、运动、控制和感知能力。灵巧手本就以人手的结构和功能为模仿对象，研究的最终目标也是期望能够像人手那样对生产、生活中的各类物体进行稳定且灵活的抓持和操作。在灵巧手数十年的发展之中，多指灵巧手的自由度、传感器数量持续提升，但高度系统集成的灵巧手具有灵活性和功能性的同时，却也导致了高额的制造成本且降低了系统的可靠性和易维护性。 1.4灵巧手vs夹爪：短期内各有其适合的使用场景，长期亦会共存 夹爪：泛化能力有限但稳定性高，更适合工业应用场景。夹爪的泛化性弱于灵巧手，但低成本与高稳定性的特性使其更适配工业场景。一方面工业场景不会为多余的功能买单，夹爪可以以最高的性价比满足工业端需求；另一方面夹爪泛化性差但操作简单，现有的控制算法已可以赋予其较高的稳定性，这对于工业场景对高良率和高稳定性的要求比较友好。 灵巧手：终局泛化能力强，适配更复杂的应用场景。灵巧手相比夹爪能实现更多复杂的操作，例如需要抓握、手指联动的场景中，灵巧手是必然选择。长期来看，人形机器人的最终目标就是融入人类的环境，因此灵巧手会是终局解决方案，能够适用于更多的应用场景。 自由度是灵巧手与夹爪的核心差异。更高的自由度代表能够进行更复杂的抓取和操作，也更加灵活，但更高的自由度对操作端的算法模型泛化能力提出更高要求，在当前时间节点暂无产业化。 1.4灵巧手vs夹爪：短期内各有其适合的使用场景，长期亦会共存 出于成本以及具体应用场景考量，夹爪和灵巧手虽然外表区别较大，内部结构均可以分为以下三部分：①驱动模块：电机驱动是目前灵巧手主流的驱动方案，空心杯电机、无刷直流电机、无框力矩电机均有应用，目前空心杯电机为主流方案。②减速模块：降低电机的转速从而输出更大的扭矩，主要包括行星减速器和谐波减速器，目前行星减速器为主流方案。③传动模块：若电机直驱动则仅需减速器，非直驱方案传动方案包括微型丝杠或蜗轮蜗杆（将旋转运动转为直线）搭配腱绳或连杆（将直线运动传递至关节），目前微型滚珠丝杠+腱绳为主流方案 一、灵巧手vs夹爪：场景落地不同，稳定性与泛化性的博弈 二、驱动模块&减速模块：高功率密度电机为优选方案 三、传动模块：腱绳、连杆等多种方案各有优劣 四、商业落地：传感器、抓取模型打通商业落地最后一环 五、各企业灵巧手设计方案拆解 六、投资建议 七、风险提示 2.1电机选择——空心杯电机vs直流无刷电机vs无框力矩电机 三种电机各有优势。空心杯电机采用无铁芯结构，具有高效能和低噪音优点，适用于高精度控制；直流无刷电机通过电子换向器控制磁场，具有高转速和高效能特点；无框力矩电机设计特殊，能实现高精度力矩输出，适用于要求快速响应和降低转动惯量的场合。 2.1电机选择——高功率密度为灵巧手电机优选 灵巧手由于设计空间有限，因此需要高功率密度的电机。机器人灵巧手结构紧凑，需要在有限的空间中集成多个电机，从而实现多个指关节的灵活度，而扭矩的大小又决定了手指关节的抓握力度，因此高功率密度（有限体积内提高输出功率）的电机应为灵巧手驱动单元的优选。 功率密度与扭矩密度的关系为：P(功率)/V(体积)=2Π*T(扭矩)*n(每分钟转数)/60V(体积)。空心杯电机相比于无刷直流电机，其无铁芯的结构大幅提高了转速（可达10万rpm以上），进而提高了功率密度。灵巧手作为精细操作的执行器，有较高的动态响应需求，因此需要更高的功率密度，空心杯电机是比较合适的方案。 2.1.1空心杯电机：高效精密，灵巧手理想选择 空心杯电机作为人形机器人灵巧手末端执行器的核心零部件，是目前性能最优的电机方案之一。 空心杯电机可分为有刷空心杯电机和无刷空心杯电机。有刷主要结构为定子+转子+电刷，永磁体为定子，电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用，容易产生火花；无刷主要结构为定子+转子，永磁体为转子，没有电刷，换向通过霍尔效应传感器、编码器或旋转变压器完成。 空心杯电机生产的关键是线圈的生产，其核心壁垒主要在于线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。 2.1.1空心杯电机：绕线机能力是决定空心杯产业化的关键一环 绕线机是空心杯电机生产的核心设备。空心杯电机的核心创新在于其无铁芯转子结构，而绕组是实现电磁能量转换的核心部件。绕线机的作用是将漆包线按照特定方式绕制成空心杯形线圈，并确保线圈的均匀性、对称性和绝缘性，从而满足电机的高效运行需求。 绕线机自动化有望助力空心杯电机量产降本。空心杯电机过往无法实现自动绕线，人工绕线是其量产成本居高不下的原因。目前日特机械已生产出空心杯自动绕线机，节拍可达到10秒完成一次绕线。展望未来自动绕线机成熟与空心杯电机生产自动化水平提高，空心杯电机有望不断实现降本，更好落地于灵巧手商业化。 目前空心杯电机价格仍然较高。兆威机电空心杯电机单价约2000元，maxon空心杯电机单价约为4000元（兆威机电两倍）。根据我们草根调研，大规模量产后空心杯电机价格有望降至千元以内。 2.1.2直流无刷电机：低成本与高集成化的折中方案 直流无刷电机（BLDC）由电动机主体和驱动器组成，没有电刷和换向器，通过电子换向器来实现电机的连续运转，具有高输出功率、低电噪声、高可靠性、高动态响应、电磁干扰少、更好的转速-转矩等优点，而被广泛使用于电动汽车、工业自动化、医疗器械等领域。 直流无刷电机成本较低，可实现灵巧手降本需求。在性能方面，直流无刷电机的效率较高，能提供稳定的动力输出，但在精度控制和响应速度上可能略逊于空心杯电机，不过通过优化控制算法和机械结构可以在一定程度上弥补这些不足。 2.1.3无框力矩电机：轻量紧凑，高效灵活 无框力矩电机通常由定子和转子两部分组成，具有低转速大扭矩的特点，能直接耦合（无背隙），可以直接驱动负载，不需要皮带、齿轮等传动装置。 无框力矩电机的性能在很大程度上取决于其电机结构和编码器。电机制造壁垒相对不高，国内厂商有望追赶；编码器影响电机运动控制功能，高端产品主依赖进口重要元件芯片、码盘的制作工艺难度较大，是国产化的主要壁垒。 无框力矩电机全球市场由国际厂商主导，国内市场正在快速发展。海外厂商如美国科尔摩根等凭借先发优势，在磁路仿真、材料选型和制造精度上积累深厚；国内厂商如步科股份、禾川科技等正在逐步提升技术水平，市场呈头部集中趋势，但与国际厂商相比仍有差距。 2.1.3无框力矩电机：赋予灵巧手更强的负载能力 目前采用无框力矩电机作为灵巧手驱动方案的产品比较少见。Dexhand和Spacehand灵巧手都采用RobodriveILM 25无框力矩电机，该电机与传动比为100:1的谐波减速器HFUC 8结合，组成圆柱体（长约17.5mm，重约46g），提供2.4Nm的连续扭矩，峰值可达9Nm。 三种电机价格对比：无框力矩电机价格＞空心杯电机价格＞直流无刷电机价格 （1）直流无刷电机价格最低：鸣志电器R16和R22直流无刷电机单价在300-400元，根据我们草根调研，预计大规模量产后直流无刷电机单价能够降低至200元以下。 （2）空心杯电机价格较高：鸣志电器10mm规格的空心杯电机单价在1000-2000元之间，8mm规格空心杯电机单价在2000元以上。进口MAXON单价约为鸣志电器2-3倍。根据我们草根调研，预计大规模量产后空心杯电机单价能够降低至1000元以下。 （3）无框力矩电机：目前主要依靠进口，进口产品价格在5000元左右，长期看不会成为灵巧手主流电驱方案。 三种电机方案各有优劣： （1）空心杯电机：整体来看空心杯电机从性能角度出发，是手部最优解，主要系其体积小且转速高，但空心杯电机目前在绕线自动化仍存在瓶颈，导致价格较高。 （2）直流无刷电机：优点在于价格便宜，但其综合性能较空心杯电机略差。 （3）无框力矩电机：主要应用于直驱方案，但直驱方案目前在灵巧手中应用较少。 2.2.1减速装置选择：行星齿轮箱，平衡性价比与可靠性 行星齿轮箱即行星减速机，是多个行星齿轮围绕一个太阳轮转