灵巧手：结构向高承载发展，四缸数量或倍增

灵巧手：结构向高承载发展，四缸数量或倍增 为企业客户提供全方位的“产业+金融”研究服务！ 核心要点 灵巧手是一种模拟人类手部功能的高自由度机器人末端执行器，其核心价值在于突破传统机械夹爪的局限性，赋予机器人接近人手般的灵活性与适应性。它通过多关节、多模态感知和智能控制技术，实现复杂物体的抓取、操作与交互。灵巧手是人形机器人拟人化的核心标志，也是其成本占比最高的零部件之一，约占整机成本的20%-30%。未来人形机器人迭代提供的价值，将很大程度上通过灵巧手展现的柔性和协同能力来体现。 企业成功切入灵巧手领域需深度融合高自由度仿生结构设计（自由度数量增加）、微型高功率密度驱动（空心杯电机和无刷有齿槽电机）、精密传动（行星滚柱丝杠）以及多模态感知（触觉传感器），形成系统性解决方案。 灵巧手是机器人的核心部件。根据特斯拉公开资料，特斯拉第三代灵巧手相比于第二代的变化为：（1）手部自由度从11个提升到22个，对应的电机数量将可能提升到22个。（2）驱动器装载部位由手部改为手腕。驱动方面，电机驱动是当前主流方案。随着第三代灵巧手自由度增加，电机需求相应上升，这将为空心杯电机和无刷有齿槽电机供应商带来市场机会。（3）传动系统上，腱绳+蜗轮蜗杆是特斯拉第一代方案。随着丝杠技术在灵巧手中日渐成熟，加上特斯拉有提升手部承载力的需求，未来采用行星滚柱丝杠进行传动可能是一种发展方向。若每只手配置22根丝杠，则单个人形机器人需要44根丝杠，预计将带动丝杠产业链相关企业的发展。（4）感应部分，第一代采用了霍尔传感器，第二代新增触觉传感器，第三代进一步提升传感器部分。由于触觉传感器价值量较高，其应用扩展也将使相关传感器公司受益。 风险提示 机器人落地进展不及预期风险，现有主业下游发展不及预期风险，竞争加剧的风险，价格超预期下降风险。 分析师及联系人 1/49陈传红SAC:S1130522030001chenchuanhong@gjzq.com.cn 苏晨SAC:S1130522010001suchen@gjzq.com.cn 内容目录 一、灵巧手关键技术与具体方案对比................................6 灵巧手技术路线分析：电驱+复合传动+带力和触觉传感为主导方向.....6特斯拉Gen1专利拆解：驱动器、齿轮箱是核心零部件..............20灵巧手空心杯电机和丝杠是未来降本核心.........................28竞争格局：美国领先，国产灵巧手快速崛起.......................30 价格：进口价格为国产品牌的两倍...............................32竞争格局：玩家持续增多，有望快速实现国产替代.................33 图表目录 图表1：人手共有24个自由度.........................................................................6图表2：除手腕和手掌外，人手共21个自由度..............................................6图表3：若要完全实现人手功能，需要采用全驱动方案.................................7图表4：灵巧手自由度最高已达24个..............................................................7图表5：电机驱动综合性价比较高..................................................................10图表6：空心杯电机采用无齿槽结构..............................................................11图表7：线圈绕组方式包含斜绕、叠绕、直绕、马鞍绕和同心绕等...........12图表8：空心杯电机属于无齿槽电机..............................................................12图表9：电机未来的趋势是缩小体积和提升功率密度...................................13图表10：手指可以采用腱绳传动....................................................................14图表11：手指可以采用连杆传动....................................................................14图表12：手指可采用齿轮传动和蜗轮蜗杆传动............................................15图表13：灵巧手采用滚珠丝杠作为传动件（整体视图）.............................16图表14：灵巧手采用滚珠丝杠作为传动件（单自由度视图）.....................16图表15：灵巧手传动方式各有千秋，常复合使用........................................17图表16：近年灵巧手方案采用多种传感器且采用电驱和腱绳传动为主.....19图表17：DLR/HITHand使用的传感器数量和种类属于较多水平.................19图表18：电机驱动+腱绳（复合丝杠等）传动+触觉（复合其他传感器）是主流发展方向..............................................................................................20图表19：特斯拉灵巧手单手具有5个指节....................................................22图表20：特斯拉第一代灵巧手有6个执行器和6个齿轮箱.........................23 图表21：特斯拉灵巧手单指有2个枢轴结构与2个扭簧.............................24图表22：特斯拉灵巧手单指有2个电缆与2个通道结构.............................25图表23：特斯拉灵巧手手指顶部有自动张紧器............................................26图表24：特斯拉灵巧手单指节有1个霍尔效应传感器.................................27图表25：特斯拉灵巧手单指节有1套霍尔效应传感器.................................27图表26：特斯拉灵巧手自由度有提升趋势....................................................28图表27：采用国产无刷有齿槽电机和行星滚柱丝杠单手预估价格2.9万元（单位：元/只）................................................................................................28图表28：灵巧手当前市场价为2-80万元/只.................................................29图表29：国产新灵巧手产品快速追赶海外实力............................................30图表30：Maxon手指空心杯价格几乎为国内的两倍....................................32图表31：国内外空心杯电机主要生产企业....................................................33图表32：谐波减速器传动效率最高................................................................35图表33：绿的谐波的谐波减速器人工成本逐步下滑....................................36图表34：哈默纳科已经完成手指微型谐波减速器研发.................................36图表35：东京大学灵巧手搭载了哈默纳科谐波减速器.................................36图表36：手部减速器目前已有至少三家开发完成........................................37图表37：KGG微型丝杠直径达到1.8mm超小轴径.......................................38图表38：KGG行星滚柱丝杠达到4mm轴径..................................................38图表39：KGG线性执行器（行星）总行径为20-65mm................................38图表40：KGG已经做出丝杠传动的灵巧手方案............................................38图表41：新剑传动、KGG和五洲新春已经研发出灵巧手部丝杠.................39 图表42：各路线触觉传感器的对比................................................................40图表43：压阻柔性触觉传感器结构及实物图................................................41图表44：国内外触觉传感器性能差异体现在精度上....................................42图表45：机器人触觉传感器主要生产企业....................................................43图表46：触觉传感器源于美国，中国长期被日美卡脖子.............................44图表47：灵巧手价值量最高的零部件为空心杯电机、丝杠、减速器、触觉传感器.................................................................................................................45 一、灵巧手关键技术与具体方案对比 随着工业自动化和人工智能技术的不断进步，机器人正逐渐从单一的重复性任务执行者转变为能够执行复杂、多变任务的智能体。在这一转变过程中，灵巧手作为机器人与外界交互的重要工具，其重要性日益凸显。灵巧手的设计灵感来源于人类手部的复杂结构和功能，它使得机器人能够执行诸如抓取、操纵、甚至感知等多样化任务，极大地扩展了机器人的应用范围和操作能力。 灵巧手的组成是实现其多功能性的基础。一个典型的灵巧手系统通常由以下四个关键部分组成： （1）驱动系统：负责提供动力，使手指能够进行各种运动。驱动系统包括电机、气动和液压等类型。 （2）传动系统：将驱动系统产生的动力转换为手指关节的运动。传动系统包括丝杠、齿轮、连杆、绳索和腱绳等。 （3）传感器系统：包括触觉、力觉和位置传感器等，用于感知手部与外界物体的接触状态和力度，以及手部自身的位置和运动状态。 （4）控制系统：通过算法和软件对驱动系统和传动系统进行精确控制，以实现预定的手部运动和任务执行。 本文将结合特斯拉的灵巧手专利，拆分灵巧手驱动、传动、传感器等零部件的技术方案