Part1 灵巧手打开人形机器人应用上限,快速迭代
- 灵巧手的重要性: 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。预计占人形机器人全成本比重20%-30%。
- 灵巧手性能要求: 需要满足运动能力(自由度、运动速度)、负载能力、控制能力、感知能力、耐用能力、轻量化等。
- 灵巧手构成: 由驱动、传动、控制、感知四大模块构成。驱动方式以电机驱动为主(空心杯、无刷有齿槽),传动方式包括腱绳传动、蜗轮蜗杆、连杆、齿轮、微型丝杆等。
- 市场格局: 2025年将是灵巧手方案密集发布和快速迭代的一年,主机厂和零部件厂多方参与,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:
- 直驱方案精度高、刚性高,但体积重量大、成本高,因此多采用欠驱方案。
- 电机驱动为主,其中空心杯电机超轻量化,无刷有齿槽电机扭矩密度高,步进电机和伺服电机应用较少。
- 空心杯电机核心壁垒在线圈绕组设计和高精度设备,国内厂商逐步突破。
- 无刷有齿槽电机高扭矩密度,需AI算法减少齿槽效应。
- 传动方案:
- 齿轮用于旋转运动(行星适用高负载,谐波适用高精度)。
- 丝杆/滚珠丝杆用于直线运动,滚珠丝杆精度高,滚柱丝杆负载能力高。
- 蜗轮蜗杆用于旋转运动方向转换,适用于低速高负载场景。
- 连杆用于增加自由度,通常与齿轮、丝杆传动结合使用。
- 腱绳最具灵活性,但维护成本高,仍需新的材料开发。
- 混合方案趋势: 短期空心杯电机+行星减速器+滚珠丝杆+连杆方案最先放量,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。
Part3 手部多维感知是方向,促进手脑协同
- 触觉传感器:
- 追求高灵敏度、高集成度、高延展性、成本低,以获取物体信息,提升灵巧手抓取的力和力矩的控制效果。
- 技术路线:压阻式(技术成熟,低端最先放量)、电容式(柔性好,灵敏度高,抗干扰差)、电磁式(灵敏度高,力感知多维,成本可控,抗干扰差)、视触觉(理论上限高,未来潜力大)。
- 产业化技术路线演变:压阻式->电容式及电磁式->视触觉->仿生电子皮肤。
- 触觉传感器是软硬件结合体,对于精准感知多维度力需要算法支撑。
- 手脑协同: 灵巧手的触觉传感器、关节力控和编码器可将数据反馈至大脑,通过触觉预训练构建物体物性库,提高视觉模型材质识别准确度,通过反馈抓握数据,促进强化学习,且通过运动链自监督,反向优化大脑运动规划模块。手脑协同,快速迭代,加速具身智能。
Part4 头部本体厂全栈自研,零部件提供整体解决方案
- 技术方案多样化: 各家技术选择多样化,快速迭代,提供自由度从6到25不等的灵巧手方案。
- 本体厂商自研: 特斯拉(腱绳)、FigureAI(连杆)、智元(混合)、星动纪元(纯直驱)等选择全栈自研。
- 独立集成商: 因时机器人、强脑、傲意、灵心巧手、灵巧智能等进展较快。
- 零部件厂商: 兆威机电、雷赛智能等延伸至整手集成,同时兼售模组零部件。
- 成本与市场空间: 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。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。
Part5 投资建议和风险提示
- 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)、微型丝杆(浙江荣泰、北特科技)、减速器(科达利、斯凌股份)、触觉传感器(汉威科技、福莱新材)、腱绳(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。