人形机器人深度之七：灵巧之“手”，解锁人形机器人黄金赛道

电新首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn 电动车首席证券分析师：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn 联系电话：021-601997932025年4月26日 Part1灵巧手打开人形机器人应用上限，快速迭代 Part2混合机械方案是趋势，兼具高自由度和承载力 Part3手部多维感知是方向，促进手脑协同 Part4头部本体厂全栈自研，零部件提供整体解决方案 PART5投资建议和风险提示 摘要 ◆灵巧手打开人形机器人应用上限，多方参与，2025年开启快速迭代。灵巧手要求具备运动能力、负载能力、控制能力、感知能力、耐用能力、轻量化等，由驱动、传动、控制、感知四大模块构成。灵巧手是人形机器人操作性能的核心，决定机器人功能的上限，是具身智能的核心。25年密集主机厂和零部件厂发布灵巧手方案，且在未来2年灵巧手方案将快速迭代，并投入使用场景中，加速训练人形机器人手脑协同。 ◆混合机械方案是趋势，兼具高自由度和承载力。驱动方案：若电机内置，首选空心杯，部分用步进；腱绳方案，电机集成于手臂，空间大，可选无刷有齿槽电机。传动方案：齿轮负责旋转运动调速，丝杆/蜗轮蜗杆负责直线运动和方向变化。连杆和腱绳是用于连接驱动与关节，用于增加自由度。短期，空心杯电机+行星减速器+滚珠丝杆+连杆方案最先放量，实用性满足当前工业场景需求。中长期趋势是高自由度+负载力，因此机械设计可用融合方案，如近掌关节采用刚性更高的减速器+丝杆、手指末端关节采用腱绳等。 ◆手部多维感知是方向，促进手脑协同。灵巧手需通过触觉传感器、关节力控和编码器等将数据反馈至大脑，从而构建物体物性库和抓握数据库等，并通过仿真平台，扩大数据集，从而优化大脑的运规的泛化性。触觉传感器追求高灵敏度、高集成度、高延展性、成本低，目前多技术路线并行。压阻式力维度低（一维法向力）、灵敏性不足（阈值10g），在低端先放量；而电容式及电磁式性能更优，感知三维力，力分辨<1g，抗干扰能力提升和体积缩小后，放量潜力大；视触觉传感器理论上限高，但对数据和算法要求高。 ◆头部本体厂全栈自研，零部件提供整体解决方案。头部本体厂商选择全栈自研，方案各异，如特斯拉（腱绳）、FigureAI（连杆）、智元（混合）、星动纪元（纯直驱）等，是灵巧手的主力。独立第三方集成商，如因时机器人、强脑、傲意、灵心巧手、灵巧智能等进展较快；此外零部件厂商延伸至整手集成，如兆威、雷赛、帕西尼等，同时兼售模组零部件。目前灵巧手价格差异大，主流价格5-10万/只，中期价格预计降至0.5-3万/只，占本体成本比重20%左右。我们测算2030年人形机器人300万台+，市场空间约900亿，对应零部件市场空间较大的为触觉传感器、空心杯电机、齿轮、丝杆。 ◆投资建议：首推灵巧手兼具整体解决方案和零部件供应商雷赛智能、兆威机电，其次为绑定核心主机厂的零部件供应商，空心杯电机（鸣志电器、伟创电气，关注峰岹科技、信捷电气、捷昌驱动），微型丝杆（浙江荣泰、北特科技），减速器（科达利、斯凌股份，关注丰立智能），触觉传感器（关注汉威科技、福莱新材），腱绳（关注南山智尚、大业股份） ◆风险提示：需求不及预期，技术迭代低于预期，竞争加剧 Part1灵巧手打开人形机器人应用上限，快速迭代 灵巧手打开人形机器人应用上限 灵巧手决定人形机器人的操作功能，是重中之重1 ◆人形机器人优势在于通用性，而灵巧手作为机器人的末端执行器，很大程度上决定了机器人的精细操作与执行复杂任务的能力，是人形机器人替代人类工作的关键部件。从远期角度看，灵巧手预计占人形全成本比重20%-30%，仅次于身体执行，是最重要的硬件。同时，灵巧手在精细操作和执行任务的同时，收集数据，训练大脑，手脑协同，加速具身智能。 ◆不同场景对灵巧手方案要求不同：如工业搬运场景，自由度要求低，但负载和握力要求高，而家庭场景反之。 灵巧手打开人形机器人应用上限 类比人类的手，灵活、精确、小巧、敏感2 ◆手的十三种基本的功能：悬垂、托举、触摸、推压、击打、动态操作、球形掌握、球形指尖握、柱状抓握、勾拉、二指尖捏、多指尖捏、侧捏等。手的功能建立在手与上肢的皮肤、筋膜、关节、肌肉等“执行器官”完整的基础上，并实现于神经系统多层级的精密调控与信息整合处理。 ◆人手自由度共有21个（不考虑手腕关节）：前端四指每个手指有4个自由度，其中掌指关节(MCP)具有2个轴线垂直相交的转动自由度，合计16个；大拇指5个，合计21个。若加上手腕额外的3个自由度的平移和3个自由度的旋转，共计27个自由度。拇指、食指和中指占手部功能80%，拇指占手部功能60%。 灵巧手打开人形机器人应用上限 灵巧手需高自由度、精确性、耐用性、感知能力3 ◆从性能角度看，灵巧手需要满足几方面的性能：运动能力、负载能力、控制能力、感知能力、耐用能力、轻量化等。运动能力主要指标为自由度和运动速度，自由度越高越灵活，目前灵巧手自由度从6-24自由度均有。 ◆控制能力看中操作的精度和稳定性，感知能力看中其触觉分辨率、力觉感知等，耐用性看中抓握寿命，另外灵巧手还看中体积和质量，需要做到轻巧，同时材料选择上同样关键。 灵巧手打开人形机器人应用上限 灵巧手由驱动、传动、控制、感知四大大部分构成4 ◆灵巧手核心为机械设计和结构设计，各家方案不一，可分为结构形式、驱动方式、传动方式、感知方式和材料等多方面。厂商灵巧手设计采用多种融合方式。 ◆驱动和传动为最核心设计，按照自由度与驱动源数量关系可以分为直驱和欠驱，绝大部分采用电机驱动（空心杯、无刷有齿槽）。传动方式种类多样，包括腱绳传动、蜗轮蜗杆、连杆、齿轮、微型丝杆等。此外触觉材料决定手部的感知能力，结构形式和使用材料影响体积、质量和寿命等。 灵巧手打开人形机器人应用上限 多方布局，2025年是灵巧手突破大年5 ◆随着人形机器人下肢行走、跳跃等性能渐趋成熟，上肢灵巧手重要性开始体现。灵巧手是人形机器人操作性能的核心，决定机器人功能的上限，是具身智能的核心，未来2-3年人形机器人工业场景性能突破，依赖于灵巧手性能提升，而3-5年家庭场景突破依赖灵巧手+大脑。 ◆25年密集主机厂和零部件厂发布灵巧手方案，且在未来2年灵巧手方案将快速迭代，投入使用场景中，收集数据，用于加速训练人形机器人手脑协同。 Part2混合机械方案是趋势，兼具高自由度和承载力 驱动方式：以电机驱动为主 直驱与欠驱：精度与集成度的取舍1 ◆驱动执行器的数目等于其自由度数目，为直驱。驱动执行器的数目小于其自由度数目，为欠驱，欠驱会形成主动自由度和被动自由度，被动自由度即通过如机械结构（连杆、腱绳等）被动调整。 ◆直驱方案，易控制、精度高、刚性高。但由于灵巧手追求高自由度，为提高手部设计的集成度、紧凑性，同时也为降低成本，因此通过降低驱动执行器使用，形成欠驱方案，欠驱方案还具备自适应强、功耗低等优势。 ◆直驱方案最大优势在于可高精度人手所有动作，但在当前的驱动和传动方式下，存在体积重量大、成本高和发热等各种问题，因此欠驱方式近2年快速发展。 驱动方式：以电机驱动为主 驱动方式：电机、气动、液压、智能材料2 ◆电机驱动综合性能最优，是当前灵巧手的主流驱动方案。气动系统复杂、控制延迟，液压方式存在泄漏风险且体积较大，智能材料SMS响应速度慢且寿命短，均适合用于特定领域。相较而言，电机驱动虽缺乏柔顺性，存在发热等问题，但精度、响应速度、负载等性能均较高，且技术成熟，适合广泛使用。 驱动方式：以电机驱动为主 电机驱动：主流方式为空心杯和无刷有齿槽电机3 ◆灵巧手电机要求体积小、扭矩密度高、精度高、寿命长、响应快：空心杯电机具备超轻量化设计，最新直径可以到3-4mm，且转速快，能量利用率在75%~90%，高功率密度，适合灵巧手使用，是目前的主流驱动电机。其次，无刷有齿槽电机具备扭矩密度高的优势，且成本低、散热好，特斯拉腱绳方案采用该电机。此外，步进电机少部分厂商少量使用，用于手指和手掌连接处；伺服性能好单体积大，在灵巧手上使用少。 驱动方式：以电机驱动为主 空心杯电机：无刷空心杯性能优异，更适合灵巧手4 ◆空心杯关节属于直流永磁伺服微特电机，突破传统直流电机的的结构形式，采用无铁芯转子结构设计。空心杯电机分有刷和无刷两种。有刷空心杯采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。无刷空心杯采用电子换向，线圈不动，磁极旋转。 ◆无刷空心杯电机更适合用于灵巧手：无刷空心杯采用电子换向，具有效率高，转矩波动小，使用寿命高，结构精巧，维护方便，易保养的特点。其寿命可达10000h+，好于有刷1000-3000h。 驱动方式：以电机驱动为主 空心杯电机：核心壁垒在线圈绕组设计和高精度设备4 ◆产品壁垒一：空心杯线圈绕组成型工艺难，批量后良率难保障。海外厂商多采用一次成型空心杯绕线技术，龙头厂商绕线设备自研，且绕组设计专利壁垒深厚（通常空心杯电机有集中式、分布式叠绕组等多种绕组形式，龙头企业会设置绕组设计专利门槛）。国内厂商通常采用人工绕线或卷绕式工艺（半自动化），生产效率和线圈质量落后国外。 ◆产品壁垒二：高速转动的零部件精密制造要求高。空心杯电机直径通常在13mm及以下（针对人形机器人应用），且通常以几万-10万转每分钟的高速运动（常规电机通常几千转/min）、各机械件公差配合难度高，考验精密制造能力，通常会采用日本、德国等地进口的机床进行精加工。 驱动方式：以电机驱动为主 空心杯电机：海外厂商性能领先，国内逐步突破4 ◆空心杯电机目前主要应用领域为医疗、物流、工业自动化、航天航空、机器人等。瑞士Maxon和Portescap、德国Faulhaber、美国AlliedMotion、日本NidecCopal占据主要份额。同时国内厂商在空心杯领域技术逐步突破，开始在人形领域拓展。 ◆国内鸣志电器空心杯技术领先，同时雷赛智能、兆威等产品已成熟，已推出直径6-8mm产品，用于自研灵巧手上，且开始外供部分客户。 驱动方式：以电机驱动为主 无刷有齿槽电机：高扭矩密度，需AI算法减少齿槽效应5 ◆无刷有齿槽电机已成熟广泛应用于家电、汽车、工业自动和消费电子领域。其原理是定子由带有齿槽的铁芯和嵌入槽内的绕组构成，转子由永磁体组成，控制器通过霍尔传感器或反电动势检测转子位置，动态切换绕组电流方向，实现无机械电刷的连续运转。 ◆无刷有齿槽电机具备高扭矩密度（适合较大抓握力）、散热好、成本低（200-500元/个）、寿命长的优势，但其低速转动时产生齿槽效应，影响精度，同时体积大、噪音大。因此用于灵巧手，需要通过斜槽设计或补偿算法提高精度，同时采用复合轻量化材料和模块化集成设计减小体积，另外还需提高响应速度。 ◆北美某公司第二代灵巧手采用无刷有齿槽电机，将电机集成于手臂（空间大），国内鸣志、兆威等均有送样对接。 传动：行星减速器+滚珠丝杆是主流 传动方案的类型多样，各有优劣势1 ◆传动系统是将电机的运动转化为手指关节运动的机构，要求微型化、高扭矩密度、长寿命、抗冲击力强。常见的传动方式包括丝杆、齿轮、连杆、腱绳、蜗轮蜗杆等。其中齿轮用于旋转运动；丝杆、蜗轮蜗杆用于直线运动；连杆和腱绳为用于联动。各类传动方式各有优缺点，综合性能是齿轮+丝杆商业化进度更快，产业方向是混合传动、AI驱动设计（根据灵巧手实际操作，实时动态补偿控制）。 传动：行星减速器+滚珠丝杆是主流 齿轮传动：旋转运动，行星适用高负载，谐波适用高精度2 ◆齿轮传动包括行星减速器、谐波减速器、斜齿轮、直齿轮。目前行星性价比高，生产厂商众多，应用更广泛。谐波减速器较行星减速器，具备高减速比、高精度、体积小的优点，适合用于高精度灵巧手，但目前微型谐波价格高，单个1k元以上，小尺寸制造难度大；行星减速器具备高扭矩容量，更适合用于高负载灵巧手，且寿命时间长，部分厂商开发出10万h寿命产品，直径可小至4