本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告1靈巧手行業(yè)深度報告東風(fēng)已至，星辰大海2025年03月09日年全球機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模約76萬只/17億美元，至2030年全球機(jī)器人靈巧手市場傳動（腱繩等）優(yōu)勢各異，各廠商對于傳動系統(tǒng)技術(shù)路線選擇不一，投資建議：人形機(jī)器人賽道發(fā)展進(jìn)入快車道，隨特斯拉、宇樹、Figure等重磅產(chǎn)品動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等核心部件需求。建議關(guān)注：驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)的【鳴志電器】【偉創(chuàng)電氣】【匯川技術(shù)】【兆威機(jī)電】【信捷電氣】【雷賽智能】等。傳動行業(yè)深度研究/電力設(shè)備及新能源本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告21靈巧手：人形機(jī)器人交互核心部件 31.1靈巧手較普通執(zhí)行器有更高自由度要求 31.2靈巧手需具備多種功能執(zhí)行能力 42驅(qū)動系統(tǒng)：集成智能，靈活動作 62.1驅(qū)動形式：欠驅(qū)動具備更高實(shí)用性，電機(jī)驅(qū)動為主流 62.2驅(qū)動電機(jī)：精密度、成本、輕量化等為核心考量因素 103傳動系統(tǒng)：精密高效，路線各異 3.1絲杠傳動：滾珠絲杠綜合優(yōu)勢突出 133.2齒輪減速裝置：因地制宜，多方案優(yōu)勢各異 163.3腱繩傳動：輕量化首選方案，腱繩為關(guān)鍵部件 193.4連桿傳動：高剛度、較低自由度 204傳感裝置：高敏多能，進(jìn)程加速 225產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀：Optimus升級路徑為例 266投資建議 286.1驅(qū)動系統(tǒng)核心公司 286.2傳動系統(tǒng)核心公司 326.3傳感系統(tǒng)核心公司 347風(fēng)險提示 插圖目錄 表格目錄 行業(yè)深度研究/電力設(shè)備及新能源本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告31靈巧手：人形機(jī)器人交互核心部件人形機(jī)器人是機(jī)器人適應(yīng)人類環(huán)境的最優(yōu)解。相比專門為單一任務(wù)設(shè)計的機(jī)器人，人形機(jī)器人可以在不同場景之間快速切換，具有高度的通用性和靈活性，能夠執(zhí)行多種不同類型的任務(wù)，具有更廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。此外，相較于其他形態(tài)的機(jī)器人，人形機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)按照人類的身體特征和操作習(xí)慣來設(shè)計的各類基礎(chǔ)設(shè)施，無需對現(xiàn)有的環(huán)境和設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模改造。因此，類人化設(shè)計的商業(yè)化前景、改造成本等因素影響下，人形機(jī)器人是目前最優(yōu)解。靈巧手是人形機(jī)器人重要的末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器直接安裝在機(jī)器人手腕上，用于夾持工件、或讓工具按照規(guī)定的程序完成的工作的機(jī)構(gòu)。相較于普通工業(yè)機(jī)械手（自由度少、結(jié)構(gòu)簡單、易于控制），類人化設(shè)計的靈巧手對控制精度、靈活性要求極高。目前，仿人機(jī)器人末端執(zhí)行器有兩種：柔性手和仿生多指靈巧手。其中，靈巧手是模擬人類手部功能的高自由度機(jī)械裝置，具備抓取、操作、感知等能力，是人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精細(xì)交互的核心執(zhí)行器。圖1：普通工業(yè)機(jī)器人夾取式執(zhí)行器資料來源：維科網(wǎng)，民生證券研究院圖2：Tesla人形機(jī)器人靈巧手靈巧手功能設(shè)計類人化，具備較高自由度要求。若參照人類手部的靈活度，手指+腕部共24個自由度，抓握、拾取等動作需不同手部環(huán)節(jié)進(jìn)行配合。手指環(huán)節(jié)中，各手指遠(yuǎn)離手腕的兩個關(guān)節(jié)主要完成彎曲/伸展類動作，各手指靠近手腕的關(guān)節(jié)則兼?zhèn)鋸澢?伸展類、側(cè)擺類兩大動作執(zhí)行功能。此外，腕掌環(huán)節(jié)為完成手部抓握等動作也具備獨(dú)立于手指的自由度。Tesla于24年11月公布的Optimus最新動態(tài)中指出其靈巧手已具備22個自由度，較上一版本的11個自由度個數(shù)大幅提升，已逐步接近人類手部靈活度。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告4圖3：人類手部共24個自由度資料來源：IEEE，民生證券研究院圖4：不同動作對手部各環(huán)節(jié)配合要求不同靈巧手需兼具高靈活性、精準(zhǔn)執(zhí)行及反饋以及自適應(yīng)等能力。為高效執(zhí)行相應(yīng)動作指令，人形機(jī)器人靈巧手的設(shè)計需要滿足高度仿生、靈活操作和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性等要求，具備負(fù)載能力、運(yùn)動能力、控制能力、感知能力等：1）高自由度與靈活性：需盡可能匹配人類手部自由度，以實(shí)現(xiàn)抓、握、捏、推拉等精細(xì)動作，其活動范圍需接近人類活動范圍（如拇指對掌運(yùn)動可通過協(xié)同關(guān)節(jié)運(yùn)動補(bǔ)償機(jī)械誤差等方式實(shí)現(xiàn)冗余控制。2）精準(zhǔn)抓握與自適應(yīng)抓取：具備一定負(fù)載能力的同時，可實(shí)現(xiàn)抓握力的連續(xù)調(diào)節(jié)（如抓握雞蛋等輕物過渡至抓握大型負(fù)載等重物穩(wěn)定抓握住物體，同時靈巧手需兼具自適應(yīng)能力，基于物體形狀、材質(zhì)（軟/硬、光滑/粗糙）自動調(diào)整抓取策略（如指尖捏取、包裹式抓握）。3）環(huán)境感知及執(zhí)行反饋：具備觸覺、溫度等外部感知能力，力覺等內(nèi)部感知能力，同時保持毫秒級響應(yīng)延遲，確保動態(tài)操作（如接拋球、擰瓶蓋）。圖5：靈巧手部分抓取場景資料來源：EPIC，民生證券研究院本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告5靈巧手的性能和成本受其三大核心組件—驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和傳感裝置的共同影響。驅(qū)動系統(tǒng)（各類電機(jī)）提供動力來源，驅(qū)動手指關(guān)節(jié)運(yùn)動；傳動系統(tǒng)（齒輪、連桿、腱繩等）將驅(qū)動系統(tǒng)的動力高效傳遞到手指關(guān)節(jié)，并調(diào)節(jié)輸出的力、速度和行程；傳感系統(tǒng)（各類傳感器）實(shí)時監(jiān)測手指狀態(tài)（位置、力、觸覺等），反饋給控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)。圖6：靈巧手手指環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：因時機(jī)器人官網(wǎng)，民生證券研究院參照中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2024年全球機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模約76萬只/17億美元，至2030年全球機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模將突破141萬只/30億美元。圖7：全球機(jī)器人靈巧手市場空間（單位：萬只）資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，民生證券研究院圖8：全球人形機(jī)器人市場空間（單位：億美元）資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，民生證券研究院本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告62驅(qū)動系統(tǒng)：集成智能，靈活動作從自由度與驅(qū)動源的匹配數(shù)量來看，靈巧手驅(qū)動方式可分為全驅(qū)動和欠驅(qū)動。全驅(qū)動指的是系統(tǒng)執(zhí)行器的數(shù)目等于其自由度數(shù)目，即執(zhí)行器主動控制自由度DoA=自由度DoF，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完全可控穩(wěn)定。欠驅(qū)動方案即DoA＜DoF，通過相應(yīng)控制仍可實(shí)現(xiàn)對應(yīng)功能。全驅(qū)動方案可滿足高精度控制，集成性、抗沖擊柔性等有待提升。全驅(qū)動方案為機(jī)器人靈巧手每個自由度均配置相應(yīng)執(zhí)行器進(jìn)行控制，可做到每個手指關(guān)節(jié)獨(dú)立可控，可實(shí)現(xiàn)計劃人類手指全部功能。兆威機(jī)電24年11月發(fā)布的全驅(qū)高可靠靈巧手配備17個主動執(zhí)行單元，其中單指節(jié)擁有3個及以上主動執(zhí)行單元，準(zhǔn)確模擬人手部的抓握等精細(xì)動作。但從機(jī)電系統(tǒng)硬件角度而言，全驅(qū)動方案的系統(tǒng)整體集成性較差，容易造成靈巧手體積龐大，且所需控制關(guān)節(jié)與執(zhí)行器眾多，容易造成運(yùn)動控制系統(tǒng)繁瑣及冗雜，提升靈巧手相關(guān)成本。此外，由于每個關(guān)節(jié)都由一個電機(jī)控制，全驅(qū)動方案（尤其是手指關(guān)節(jié)）缺乏抗外界沖擊的柔性，易造成關(guān)節(jié)部分的電機(jī)損壞。圖9：兆威機(jī)電全驅(qū)動靈巧手資料來源：兆威機(jī)電官網(wǎng)，民生證券研究院欠驅(qū)動方案控制精度降低，但體積、成本等性能有所提升。欠驅(qū)動靈巧手的驅(qū)動源數(shù)量少于自由度，在犧牲控制精度的情況下實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的體積、重量、成本，應(yīng)用更為廣泛。BRL/Pisa/IIT(BPI)SoftHand采用欠驅(qū)動方案，借助單個執(zhí)行器+肌腱驅(qū)動，低成本設(shè)計。該方案中，欠驅(qū)動的機(jī)械特性能夠使得手指自動適應(yīng)物體的形狀，具備很好的形狀自適應(yīng)性，且絕大多數(shù)手指關(guān)節(jié)都具有自由運(yùn)動的柔性，抗外界沖擊性較強(qiáng)。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告7圖10：BRL/Pisa/IIT(BPI)SoftHand（單驅(qū)動器欠驅(qū)動方案）從靈巧手驅(qū)動器類型來看，靈巧手驅(qū)動方式可分為電機(jī)驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動和形狀記憶合金驅(qū)動（SMA）。其中電機(jī)驅(qū)動方案技術(shù)較為成熟，應(yīng)用廣泛。電機(jī)驅(qū)動通過電動機(jī)產(chǎn)生力/力矩，是目前主流驅(qū)動方案。電機(jī)驅(qū)動方案通過電動機(jī)產(chǎn)生所需的力或力矩驅(qū)動相關(guān)部件運(yùn)動，包括旋轉(zhuǎn)型驅(qū)動（電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過絲杠等傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動）、直線型驅(qū)動（直接輸出直線運(yùn)動通過減速器或直接驅(qū)動靈巧手。電機(jī)驅(qū)動方案具備較高控制精度和集成性，但仍具備提升空間。電機(jī)驅(qū)動以伺服電機(jī)（如空心杯電機(jī)）為核心，搭配精密減速器（如諧波/行星減速器）實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動，該方案控制精度較高且可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計（如德國SchunkSVH系列可通過編程實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動模式和功能，靈活性較高。此外，電機(jī)驅(qū)動方案的能量效率較高，且相較于液壓驅(qū)動等不存在漏液風(fēng)險。同時，電機(jī)驅(qū)動方案受到電機(jī)功率密度限制，持續(xù)高負(fù)載時需配備熱管理系統(tǒng)且具備自重問題等。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告8圖11：STANFORD/JPL手指旋轉(zhuǎn)驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖圖12：因時機(jī)器人RH56直線驅(qū)動系列資料來源：因時機(jī)器人官網(wǎng)，民生證券研究院液壓驅(qū)動方案功率密度高、可滿足高壓力場景，但系統(tǒng)復(fù)雜且維護(hù)成本高。液壓驅(qū)動方案通過微型柱塞泵（如壓電陶瓷驅(qū)動型）建立壓力，經(jīng)微型液壓缸傳遞動力。相較于電機(jī)驅(qū)動等驅(qū)動方案，液壓系統(tǒng)具有較高的功率密度，適用于大功率和大負(fù)載的應(yīng)用，且液壓系統(tǒng)可以承受較高的壓力，適用于高壓力要求的應(yīng)用場景。同時，液壓系統(tǒng)相對復(fù)雜，需要較多的液壓元件和管路，維護(hù)和安裝相對復(fù)雜。由于有液壓油的存在，液壓系統(tǒng)中存在液體泄漏的風(fēng)險，液壓油的更換和維護(hù)也需要額外的成本和工作量。圖13：TheFluidhand（液壓驅(qū)動方案）氣壓驅(qū)動方案響應(yīng)速度快、精度高，但負(fù)載、功率密度及能效等偏低。相較于電機(jī)驅(qū)動等方案，氣壓系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和調(diào)節(jié)性能優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)精確的動作控制，且氣體壓力相對較低，因此在泄漏情況下的危險性較低，也不存在電火花風(fēng)險，適用于易燃易爆環(huán)境（如化工車間）。同時，由于氣壓系統(tǒng)功率密度較低，更適用于較小的負(fù)載和功率要求，并在氣體的壓縮和擴(kuò)張過程中存在能量損失導(dǎo)致該驅(qū)動方案能效偏低。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告9圖14：FestoBionicSoftHand（氣壓驅(qū)動方案）資料來源：瑞貝德科技官網(wǎng)，民生證券研究院SMA方案可滿足超小型場景需求，但存在滯后反應(yīng)、壽命較短等問題。形狀記憶合金（SMA）可記住自身形狀，當(dāng)其被加熱到特定溫度時，可以恢復(fù)到原始形狀。SMA絲/彈簧驅(qū)動單元可微型化至毫米級，在微創(chuàng)手術(shù)器械、軟體機(jī)器人等超小型場景中均適用。且五電機(jī)驅(qū)動方案中的機(jī)械傳動部件，適用于安靜環(huán)境（如實(shí)驗(yàn)室精密操作）。同時，SMA材料對溫度控制要求極高，加熱/冷卻循環(huán)響應(yīng)慢（秒級）會使其動態(tài)性能受限，需配備精準(zhǔn)的溫控系統(tǒng)，且其壽命較短，反復(fù)相變會導(dǎo)致材料晶格損傷。圖15：形狀記憶合金（SMA驅(qū)動方案）資料來源：Naturecommunications，民生證券本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告10綜合對比上述四種驅(qū)動方案，電機(jī)驅(qū)動方案更具綜合優(yōu)勢。未來，混合驅(qū)動（如電-液復(fù)合）與新型材料（如介電彈性體）可能突破單一驅(qū)動局限，實(shí)現(xiàn)高力-精度-速度的平衡。電機(jī)驅(qū)動方案為靈巧手主流驅(qū)動方案，根據(jù)不同的性能要求，靈巧手常見的驅(qū)動電機(jī)類型包括空心杯電機(jī)、無刷有齒槽電機(jī)、無框力矩電機(jī)等，不同廠商、不同應(yīng)用場景所采用的驅(qū)動電機(jī)類型也有所差異。空心杯電機(jī)核心變化在于轉(zhuǎn)子無鐵芯設(shè)計。空心杯電機(jī)的轉(zhuǎn)子只有轉(zhuǎn)子電樞只有繞組（懸臂形式采用無鐵芯設(shè)計（空心杯狀線圈其工作原理為永磁體定子與空心杯轉(zhuǎn)子通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生力矩。空心杯電機(jī)通過磁場（可通過外殼提供恒定磁場）直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子，無傳統(tǒng)鐵芯疊片，可消除磁滯損耗和渦流損耗。圖16：傳統(tǒng)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)（直流有刷電機(jī)）資料來源：陳安《空心杯電機(jī)定制化管理的應(yīng)用研究》，民生證券研究院圖17：空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)資料來源：鼎智科技官網(wǎng)，民生證券研究院空心杯電機(jī)兼具轉(zhuǎn)速高、響應(yīng)快、能效高等特點(diǎn)，適用于高速響應(yīng)場景。1）能效高。空心杯電機(jī)的鐵損很小，具備較高的能量轉(zhuǎn)化效率。大多數(shù)空心杯電機(jī)的最高效率都超過80%（大多數(shù)有刷直流電機(jī)的最高效率一般約50%）。2）轉(zhuǎn)速高。電機(jī)的渦流損耗損耗和電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比，普通有刷直流電機(jī)的連續(xù)力矩會隨著轉(zhuǎn)速的上升快速下降，因此無法運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速下，一般設(shè)計的最高轉(zhuǎn)速都低于5000rpm。空心杯電機(jī)由于沒有渦流損耗，其最高轉(zhuǎn)速一般受限于換向系統(tǒng)，最高可達(dá)16000rpm。3）響應(yīng)快。由于空心杯電機(jī)的轉(zhuǎn)子無鐵芯，導(dǎo)致其慣性極低，適合高頻快速響應(yīng)場景。其機(jī)械時間常數(shù)通常只有十幾毫秒，普通有刷直流電機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)一般在100毫秒以上。4）運(yùn)行平穩(wěn)。由于空心杯電機(jī)采用無鐵芯的空心轉(zhuǎn)子設(shè)計，完全沒有齒槽效本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告11應(yīng)。同時，其換向片數(shù)量比普通有刷直流電機(jī)多很多，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速非常平穩(wěn)。空心杯電機(jī)的缺點(diǎn)主要在于其輸出扭矩較小，適用于負(fù)載較輕的場合。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本較高，因此價格也相對較高。無刷有齒槽電機(jī)定子的齒槽結(jié)構(gòu)可優(yōu)化磁場、提高扭矩密度。無刷有齒槽電機(jī)定子由疊片硅鋼片構(gòu)成，帶有齒槽結(jié)構(gòu)，線圈嵌入槽內(nèi)以集中磁場（齒部磁阻低，磁通更容易通過，而槽部磁阻高，限制了磁通的擴(kuò)散。齒槽結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在磁路中形成低磁阻的路徑，引導(dǎo)磁通流向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子為永磁體，通過霍爾傳感器或編碼器實(shí)時檢測轉(zhuǎn)子位置，控制器切換電流相位實(shí)現(xiàn)無刷換向。圖18：無刷有齒槽電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖19：無刷電機(jī)VS有刷電機(jī)無刷有齒槽電機(jī)兼具高轉(zhuǎn)矩密度、高抗沖擊性、低成本等優(yōu)勢，適用于高扭矩1）高轉(zhuǎn)矩密度：無刷有齒槽電機(jī)的定子齒槽結(jié)構(gòu)集中磁場，扭矩密度較空心杯電機(jī)大幅提升，適合靈巧手抓取重物。如德國SCHUNK的EGP40靈巧手采用無刷有齒槽電機(jī)，單指抓取力達(dá)30N，且借助于集成旋轉(zhuǎn)開關(guān)，可以調(diào)節(jié)夾持力。2）抗沖擊與耐用性：無刷有齒槽電機(jī)的鐵芯結(jié)構(gòu)提供機(jī)械保護(hù)，防護(hù)等級可達(dá)IP54（防塵防水具備一定的抗沖擊及耐用性。3）成本優(yōu)勢：相較于具備復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空心杯電機(jī)，無刷有齒槽電機(jī)設(shè)計更為簡單，成本上更具優(yōu)勢。無刷有齒槽電機(jī)主要缺點(diǎn)在于齒槽結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的齒槽效應(yīng)，在不通電狀態(tài)時轉(zhuǎn)子上的永磁體與定子疊片齒槽之間產(chǎn)生吸引，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生“抖動”運(yùn)動。該問題本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告12容易造成力控精度下降（柔性物體抓取難度較高）及產(chǎn)生高頻振動噪音，可以通過定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、先進(jìn)控制算法（利用編碼器對電機(jī)的電流驅(qū)動進(jìn)行調(diào)制，以此補(bǔ)償齒槽轉(zhuǎn)矩波動，并借助電子驅(qū)動技術(shù)對其進(jìn)行平滑處理，如ODrive開源的抗齒槽算法）及材料升級降低齒槽效應(yīng)影響。考慮到人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化后的降本需求及無刷有齒槽電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制算法等方面不斷優(yōu)化，無刷有齒槽電機(jī)在人形機(jī)器人靈巧手上的應(yīng)用優(yōu)勢或?qū)⒅鸩綀D20：有齒槽電機(jī)VS無齒槽電機(jī)圖21：傾斜定子齒槽結(jié)構(gòu)本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告133傳動系統(tǒng)：精密高效，路線各異傳動系統(tǒng)主要用于將驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成特定動作。在此過程中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動速度、運(yùn)動方向或運(yùn)動形式的改變。靈巧手傳動系統(tǒng)正朝著高精度、輕量化、仿生化和智能化方向發(fā)展，以滿足工業(yè)協(xié)作、醫(yī)療手術(shù)、服務(wù)機(jī)器人等場景的多樣化需求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，傳統(tǒng)剛性傳動（齒輪、絲杠等）與柔性傳動（腱繩等）并存，但受限于體積、成本和性能的權(quán)衡，各廠商對于傳動系統(tǒng)技術(shù)路線選擇不一，未來有望采用多種傳動方案結(jié)合的形式。絲杠傳動是目前剛性傳動主流方案，具備高精度、高負(fù)載等優(yōu)勢。絲杠主要由螺母（直線運(yùn)動部件）和螺桿（旋轉(zhuǎn)部件）組成。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時，螺母會按照設(shè)定的導(dǎo)程進(jìn)行直線運(yùn)動，從而驅(qū)動與之相連的工件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的直線動作，螺母的直線移動也可以驅(qū)動螺桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。滑動絲杠通過滑動摩擦實(shí)現(xiàn)直線傳動。滑動絲杠傳動采用滑動絲杠軸和螺母螺紋，兩者之間沒有滾珠軸承，螺母和絲杠軸在較大的接觸面積上直接相互移動。按照螺紋種類劃分，可分為梯形螺紋、鋸齒形螺紋、矩形螺紋等，梯形螺紋加工工藝更具優(yōu)勢，加工效率較高，較三角形等其他種類更為主流。圖22：滑動絲杠螺紋種類資料來源：鳳凰網(wǎng)，民生證券研究院本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告14圖23：滑動絲杠結(jié)構(gòu)圖資料來源：thomsonlinear官網(wǎng)，圖24：滑動絲杠工作原理資料來源：thomsonlinear官網(wǎng)，滑動絲杠簡便且成本較低，但傳動精度、速度均偏低。相較于其它傳動方式，滑動絲杠結(jié)構(gòu)簡單（絲杠+螺母+軸承+潤滑組件），在安裝及后期維護(hù)等環(huán)節(jié)更為簡便、制造成本較低，且可承受軸向、徑向和力矩載荷，自鎖性能較好，傳動高效且節(jié)省空間。同時，由于滑動絲杠傳動方式為滑動摩擦，摩擦大、效率低，易發(fā)熱磨損，且傳動精度和速度受限，不適合高頻次、高精度場景。滾動傳動方案核心為滾動接觸，傳動效率高、精度高。滾動傳動方案通過滾動接觸替代滑動摩擦，顯著提升靈巧手的精度、效率與壽命，目前已成為高端靈巧手的核心驅(qū)動技術(shù)。主流滾動傳動方案包括滾珠絲杠傳動、行星滾柱絲杠傳動等。滾珠絲杠載荷傳遞元件為滾珠，借助眾多點(diǎn)接觸來支撐負(fù)載；滾柱絲杠借助螺紋滾柱作為滾動原件，借助眾多線接觸進(jìn)行傳動，使得滾柱絲杠傳動具備強(qiáng)承載能力。滾珠傳動：借助滾珠點(diǎn)接觸進(jìn)行直線傳動。當(dāng)輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或線性運(yùn)動的力傳遞到螺紋軸時，滾珠滾動在螺紋軸與螺母之間的導(dǎo)槽上，可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)為螺母的直線運(yùn)動，滾珠在此工作過程中循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，滾珠循環(huán)方式按滾珠在循環(huán)反向過程中與絲杠表面脫離與否,可分為內(nèi)循環(huán)式（返向器）和外循環(huán)式（回珠管）。圖25：滾珠傳動內(nèi)循環(huán)VS外循環(huán)資料來源：理工精密官網(wǎng)，民生證券研究院內(nèi)循環(huán)滾動傳動更具優(yōu)勢，浮動式返向器滾珠絲杠副具備高靈敏度和高剛度。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告15外循環(huán)滾動傳動導(dǎo)管增加徑向尺寸，內(nèi)循環(huán)滾動傳動則內(nèi)置返向器，結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低，可滿足靈巧手高精度、小體積、輕量化需求。內(nèi)循環(huán)滾珠返向器一般安裝在螺母的側(cè)孔內(nèi)，借助于返向器上回珠槽的作用,迫使?jié)L珠沿滾道滾動，翻越絲杠螺紋滾道牙頂后重新回到初始滾道,構(gòu)成了一個循環(huán)的滾珠鏈。其中，浮動式返向器的優(yōu)點(diǎn)在于高頻“浮動”中實(shí)現(xiàn)回珠槽進(jìn)出口的自動對接,從而為滾珠返回提供流暢的通道口,具有較好的摩擦特性和結(jié)構(gòu)工藝性，裝配簡便，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中工作可靠，適用于各種高靈敏度、高剛度要求的精密進(jìn)給系統(tǒng)，但不適用于重載、多線滾珠絲杠副，以及大導(dǎo)程、小導(dǎo)程的滾珠絲杠副。圖26：THKBNK0401內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠（外徑降至4MM）內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠的性能是設(shè)計、材料、工藝、使用條件等多因素耦合的結(jié)果。滾柱循環(huán)方式、反向器設(shè)計等均影響滾珠循環(huán)過程及絲杠壽命，螺紋加工精度等影響定位精度，實(shí)際場景中的動態(tài)特性如運(yùn)動速度、加速度等均影響絲杠性能。在人形機(jī)器人靈巧手等高端應(yīng)用中，需通過精密制造、智能潤滑、材料升級綜合優(yōu)化。行星滾柱傳動：通過線接觸擴(kuò)大接觸半徑，結(jié)構(gòu)緊湊且承載力更強(qiáng)。行星滾柱絲杠用滾子（通常帶有螺紋）代替滾珠用作螺母和絲杠之間的載荷傳遞元件。行相較于滾珠絲杠傳動，行星滾柱絲杠傳動方式是在主螺紋絲杠的周圍，行星布置多個螺紋滾柱絲杠，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為絲杠或螺母的直線運(yùn)動，其眾多的接觸點(diǎn)使行星滾柱絲杠的承載能力非常強(qiáng)。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告16圖27：行星滾柱絲杠示意圖資料來源：Rollvis（北京）官網(wǎng)，民生證表1：行星滾柱絲杠較滾珠絲杠具備多重優(yōu)勢線接觸導(dǎo)致接觸面的增加，使承載能力和剛性大大提高，比同規(guī)格滾珠絲杠副承受沖擊載荷的能力很強(qiáng)，工作可靠體積小相同載荷情況下，行星滾柱絲杠體積比滾珠最高線速度可達(dá)2000mm/s，輸入旋避開返向裝置對DN值制約，在導(dǎo)程很小的情況絲杠軸是小導(dǎo)程角的非圓弧螺紋，有利于達(dá)到較高的導(dǎo)程精度，可實(shí)現(xiàn)精密資料來源：方元明科技官網(wǎng)，民生證券研究院行星滾柱絲杠優(yōu)點(diǎn)較多，但需兼顧效率、成本之間的衡量。相較于滾珠絲杠傳動方案，行星滾柱絲杠方案承載力、體積、精度等綜合優(yōu)勢凸顯，但行星滾柱絲杠優(yōu)異性能的背后支撐是極高的工藝要求和設(shè)備壁壘。1）工藝壁壘：行星滾柱絲杠螺母的內(nèi)螺紋加工是核心壁壘所在，制造工藝難度較大，人形機(jī)器人遠(yuǎn)期需求較大，對于零部件公司的批量生產(chǎn)能力和一致性保持能力同樣提出較高要求。2）設(shè)備壁壘：行星滾柱絲杠的高精度特性對設(shè)備要求高，國產(chǎn)磨床加工精度不及進(jìn)口磨床，出品易不穩(wěn)定，因此目前高端加工設(shè)備依賴進(jìn)口，但海外高端磨床成本更高且采購周期偏長。齒輪傳動目前廣泛應(yīng)用于人形機(jī)器人靈巧手中，具備靈活性強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。按齒輪傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，主要傳動方案包括行星減速器、諧波減速器及蝸輪蝸桿傳動方案等。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告17諧波減速器：借助內(nèi)外柔性齒輪間的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)減速。諧波減速器由內(nèi)外兩層柔性齒輪和一個柔性軸承組成，諧波齒輪傳動減速原理是利用柔輪、剛輪和波發(fā)生器的相對運(yùn)動，主要是柔輪的可控彈性變形來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力傳遞的，內(nèi)層柔性齒輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生彎曲變形，變形通過柔性軸承的外圈傳遞到輸出軸，從而實(shí)現(xiàn)減圖28：柱狀圖（橫）資料來源：欣凌傳動官網(wǎng)，民生證券研究院表2：諧波齒輪減速器綜合優(yōu)勢突出結(jié)構(gòu)簡單體積小、重量輕，在傳動比和承載條件相當(dāng)?shù)那闆r下，諧波齒輪傳動可比一般傳動比范圍大單級諧波減速器傳動比可達(dá)50-160，復(fù)式傳動精度高在相同的制造精度下，諧波齒輪的傳動精度比一般齒輪的傳動精度至少可高一級運(yùn)動平穩(wěn)無沖擊，噪聲小，嚙合過程中齒面接觸，滑移速度小，無突然變化傳動效率高諧波傳動由于運(yùn)動部件數(shù)量少，而且嚙合齒面的速度很低，因此效率很高在65-90%左右（諧波復(fù)波傳動效率較低齒資料來源：欣凌傳動官網(wǎng)，CUBEMARS官網(wǎng)諧波減速器兼具高功率密度、傳動效率高等優(yōu)勢，但相較于行星減速器等，諧波減速器由于精密制造和專用零部件，其初始成本較高，因此更適用于需要高精度和緊湊設(shè)計的應(yīng)用場景。行星減速器：通過齒輪外殼與齒輪之間的摩擦來實(shí)現(xiàn)傳動。行星減速器由太陽輪（A）、行星輪（B）、行星架和內(nèi)齒圈（C）組成。驅(qū)動系統(tǒng)以直接或連接方式啟動太陽齒輪，太陽齒輪將組合于行星架上的行星齒輪帶動運(yùn)轉(zhuǎn)。整組行星齒輪系統(tǒng)沿著外齒輪環(huán)自動繞行轉(zhuǎn)動，行星架連結(jié)出力軸輸出達(dá)到減速目的。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告18圖29：行星減速器結(jié)構(gòu)圖行星減速器由于簡單的結(jié)構(gòu)和廣泛可用的零部件，其初始成本較低，且具備高扭矩輸出。但若需高減速比則需借由多組階段齒輪與行星齒輪倍增累計而成，影響傳動效率和控制精度。因此行星減速器更適合大扭矩、重載等應(yīng)用場景中。蝸輪蝸桿傳動裝置：常用來傳遞兩交錯軸之間的運(yùn)動和動力。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)通常兩軸交錯角為90°,一般是以蝸桿為主動件，工作時蝸輪輪齒沿著蝸桿的螺旋面作滑動和滾動。圖30：蝸輪蝸桿傳動裝置結(jié)構(gòu)圖資料來源：尚為傳動官網(wǎng)，民生證券研究院蝸輪蝸桿傳動比大且具備自鎖性，但傳動效率偏低。蝸輪蝸桿傳動裝置具備較大的傳動比，且工作平穩(wěn)（蝸桿與蝸輪齒為連續(xù)嚙合傳動過程中沒有明顯的沖擊和振動。同時，蝸輪蝸桿傳動具備較好的自鎖性（當(dāng)蝸桿的螺旋角小于輪齒間的當(dāng)量摩擦角時蝸桿傳動可自鎖適用于對安全性較高的場合。此外，為了改善輪齒的接觸情況，可將蝸輪沿齒寬方向做成圓弧形，使之將蝸桿部分包住，實(shí)現(xiàn)蝸桿蝸輪嚙合時通過線接觸傳動而非點(diǎn)接觸，滑動摩擦?xí)绊憘鲃有省１竟揪邆渥C券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告19腱傳動模仿人類肌腱系統(tǒng)，通過柔性繩索（腱）傳遞動力，可實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動。驅(qū)動器（電機(jī)、氣動肌肉等）集中布置于靈巧手基座或外部，通過腱繩（如超高分子量聚乙烯纖維）繞過滑輪組，牽引遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)運(yùn)動。其他輔助需求包括張力反饋：通過力傳感器（如應(yīng)變片、光纖Bragg光柵）實(shí)時監(jiān)測腱力，結(jié)合PID算法調(diào)節(jié)電機(jī)扭矩；位置補(bǔ)償：針對腱繩彈性變形（導(dǎo)致遲滯誤差采用前饋補(bǔ)償或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測。圖31：腱繩傳動靈巧手圖32：手指環(huán)節(jié)腱繩傳動結(jié)構(gòu)圖資料來源：semanticscholar，民生證券研究院腱傳動方案具備輕量化、高自由度等優(yōu)勢，但受腱繩相關(guān)特性影響較大。相較于齒輪、絲杠等傳動方式，腱繩傳動主要借助輕量化腱繩實(shí)現(xiàn)傳動，在重量、體積等方面均占優(yōu)，且同時可借助欠驅(qū)動方案實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)驅(qū)動（ShadowHand腱繩方案具備20個電機(jī)、24個自由度）。由于腱繩本身剛度有限，會影響位置精度，并且在控制時需要一定的預(yù)緊力，容易產(chǎn)生摩擦。圖33：ShadowHand腱繩方案圖34：ShadowHand靈活度展示資料來源：semanticscholar，民生證券研究院腱繩材料的選擇對靈巧手的功能執(zhí)行影響較大。在對靈巧手腱繩材料選擇時，需綜合考慮機(jī)械性能（抗拉強(qiáng)度、彈性模量等）、環(huán)境適應(yīng)性（溫度&濕度耐受性、本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告20化學(xué)穩(wěn)定性等）、耐久性（耐磨性、抗疲勞性、抗蠕變等）及成本等多方面因素。早期，腱繩材料主要是特氟龍、芳綸纖維、滌綸等，隨后逐漸出現(xiàn)了更高強(qiáng)度、低密度、耐磨損的新材料，當(dāng)前腱繩驅(qū)動的主流選擇主要是兩種：高強(qiáng)度鋼絲、超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）。表3：鋼絲VS超高分子量聚乙烯纖維碳素鋼不銹鋼資料來源：lijiuplastics官網(wǎng)，連桿結(jié)構(gòu)主要通過剛性連桿機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動和力。連桿傳動通過剛性連桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為靈巧手關(guān)節(jié)的精確運(yùn)動，其核心原理基于運(yùn)動學(xué)鏈與力學(xué)放大。驅(qū)動器位移通過比例杠桿放大為指尖位移，用于增強(qiáng)抓取力。圖35：靈巧手連桿結(jié)構(gòu)原理圖（韓國ILDA靈巧手）資料來源：深智聯(lián)官網(wǎng)，NatureCommunications，民生證連桿機(jī)構(gòu)定位精度更高、低成本，但不適用于高自由度場景。多連桿方案可通過并聯(lián)或串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)傳動，ILDA靈巧手連桿方案通過并聯(lián)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)的融合構(gòu)建，通過連桿組合實(shí)現(xiàn)掌指關(guān)節(jié)（MCP）的2自由度運(yùn)動和近端指間關(guān)節(jié)（PIP）的1自由度運(yùn)動。通過多桿并聯(lián)結(jié)構(gòu)可提升整體剛性，且相較于腱繩方案，連桿本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告21結(jié)構(gòu)重復(fù)定位精度更高，無柔性件磨損故使用壽命更具優(yōu)勢。圖36：ILDA靈巧手連桿組合資料來源：深智聯(lián)官網(wǎng)，NatureCommunications，民生證圖37：ILDA靈巧手可實(shí)現(xiàn)多種功能資料來源：深智聯(lián)官網(wǎng)，NatureCommunications，民生證多傳動方案配合可發(fā)揮多重優(yōu)勢。絲杠傳動、齒輪傳動、腱繩傳動、連桿傳動等都各自具備優(yōu)勢和不足之處，主流人形機(jī)器人廠商已采用多方案配合形式，在最新的技術(shù)演進(jìn)中，以特斯拉Opimus發(fā)布會展示的22自由度靈巧手為例，創(chuàng)新性采用了“行星齒輪箱+絲杠+腱繩”結(jié)構(gòu)。下圖所示為多傳動形式配合方案，在靈巧手的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，柔性導(dǎo)管的一端固定在驅(qū)動器外殼上，另一端與固定在靈巧手手掌前端的腱張力傳感器上。腱由驅(qū)動器內(nèi)部活滾珠絲杠上的螺母拉動，穿過導(dǎo)管和腱張力傳感器，連接在手指關(guān)節(jié)部分。圖38：齒輪＋絲杠+腱繩傳動方案本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告224傳感裝置：高敏多能，進(jìn)程加速傳感器在靈巧手中廣泛使用。靈巧手作為機(jī)器人執(zhí)行精細(xì)操作的核心部件，其傳感器系統(tǒng)的設(shè)計直接決定了抓取、操控和感知能力。各大人形機(jī)器人廠商在靈巧手及機(jī)器人其他環(huán)節(jié)均大規(guī)模采用多種傳感器，以使得機(jī)器人“擬人化”，具備人類五感功能。常見的傳感器包括力/力矩傳感器、觸覺傳感器、位置/角度傳感器（如編碼器）、視覺傳感器（攝像頭）、慣性測量單元（IMU）、接近傳感器、溫度傳感器等。傳感器正朝著多區(qū)域、柔性化、多模態(tài)趨勢發(fā)展。力/力矩（F/T）傳感器：能感知力、力矩并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號。力/力矩傳感器可實(shí)現(xiàn)指尖力檢測（測量抓取物體時的接觸力，防止過壓或滑脫）及關(guān)節(jié)扭矩反饋（實(shí)時監(jiān)測關(guān)節(jié)驅(qū)動扭矩，優(yōu)化控制算法）。按測量維度，力矩傳感器可分為一維至六維力矩傳感器，六維力傳感器可同時測量3個力分量和3個力矩分量，是最完整的多維力傳感器形式，技術(shù)難度、行業(yè)壁壘均最高。圖39：力矩傳感器資料來源：海伯森技術(shù)官網(wǎng)，民生證券研究院六維力傳感器通常基于應(yīng)變效應(yīng)工作。六維力矩傳感器可感知三個力+三個力矩，是目前最完整的多維力傳感器形式，為機(jī)器人提供了類似于人類觸覺的功能，是機(jī)器人柔順控制和操作的核心部件。六維力傳感器通常基于應(yīng)變效應(yīng)工作，即通過彈性體上的應(yīng)變片來檢測力或力矩引起的微小形變。部分靈巧手廠商也采用壓電式力傳感器（借助極化效應(yīng)，體積小、重量輕工作頻帶寬，具備高頻響特性，適用于動態(tài)力檢測（如碰撞但需定期校準(zhǔn)，且成本較高（材料必須具有高質(zhì)量、精確和均勻的表面）且更容易漂移。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告23圖40：應(yīng)變式力矩傳感器工作原理資料來源：海伯森技術(shù)官網(wǎng)，民生證券研究院圖41：壓電式力矩傳感器極化效應(yīng)工作原理圖42：壓電式力傳感器漂移效應(yīng)觸覺傳感器：分布于機(jī)器人表面，可檢測接觸和壓力分布。具備表面壓力分布檢測（識別物體形狀、材質(zhì)及接觸狀態(tài)）、滑移檢測（通過壓力變化判斷物體是否滑動）等功能。按工作原理可分為壓阻式觸覺陣列（柔性基底，覆蓋手指表面）、電容式觸覺傳感器（模擬人類皮膚，多模態(tài)感知壓力、振動、溫度等）、光學(xué)觸覺傳感器（通過圖像分析壓力分布，分辨率極高）。圖43：多種觸覺傳感器工作原理資料來源：侯星宇等《柔性壓力傳感器的原理及應(yīng)用》，民生證券研究院本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告24位置/角度傳感器（編碼器用于在關(guān)節(jié)處測量位置和速度。靈巧手位置/角度傳感器一般用于關(guān)節(jié)處，用以完成關(guān)節(jié)角度反饋（精確控制手指彎曲角度）、速度測量（通過角度變化計算關(guān)節(jié)運(yùn)動速度）等功能。主要類型包括光電編碼器和磁編碼器，光編碼器結(jié)構(gòu)相對簡單，成本、體積等均占優(yōu)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的算術(shù)處理，適用于高速運(yùn)動控制，但對灰塵等工作場景要求較高；磁編碼器精度更高、抗干擾能力更強(qiáng)。圖44：光編碼器工作原理資料來源：Orientalmotor官網(wǎng)圖45：磁編碼器工作原理資料來源：Orientalmotor官網(wǎng)視覺傳感器：借助攝像頭等可實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的人機(jī)交互。人類學(xué)習(xí)利用視覺來對手的運(yùn)動進(jìn)行規(guī)劃、控制、狀態(tài)態(tài)預(yù)測是先于精確的手控制的，遙操作系統(tǒng)能夠利用人類的能力僅通過視覺來進(jìn)行物理里操作的規(guī)劃、運(yùn)動、預(yù)測。英偉達(dá)DexPilot借助4個IntelRealSense相機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本的遙操作系統(tǒng)，可完成多種物理任務(wù)。圖46：DexPilot結(jié)構(gòu)圖資料來源：IEEE，英偉達(dá)官網(wǎng)，民生證券研究院圖47：DexPilot工作原理資料來源：IEEE，英偉達(dá)官網(wǎng)，民生證券研究院柔性/電子皮膚傳感器是機(jī)器人傳感器的升級版本。電子皮膚為具備仿生性、柔彈性的傳感器，借助觸覺單元的陣列與集成模仿人類皮膚完成力/力矩、觸覺等感知。柔性觸覺傳感器主要由基底材料、電極材料、功能層材料構(gòu)成。基底材料決定傳感器彈性形變性，電極材料主要用于傳輸電信號，功能層材料將外部的力、溫本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告25度、濕度等物理量轉(zhuǎn)化為電信號。機(jī)器人電子皮膚前沿企業(yè)技術(shù)大多來源于全球知名高校，技術(shù)仍處于偏早期階段。圖48：機(jī)器人柔性/電子皮膚應(yīng)用圖49：人形機(jī)器人對電子皮膚性能要求本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告265產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀：Optimus升級路徑為例特斯拉OptimusGen1至Gen3，靈巧手自由度不斷提升。2024年10月，Tesla官方宣布下一代Optimus（Gen3）將具備22個自由度，較Gen2的11個自由度大幅提升，特斯拉Optimus更迭過程中，靈巧手自由度、量產(chǎn)成本、重量優(yōu)勢、傳動優(yōu)化等均不斷提升。原型機(jī)：2021年8月TeslaAIDay活動中，馬斯克首次正式宣布Tesla人形機(jī)器人—Optimus的概念，宣布這款人形機(jī)器人的長期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全面的自動化服務(wù)，包括家庭協(xié)助、復(fù)雜任務(wù)的執(zhí)行等。Gen1：2022年10月TeslaAIDay2022中，馬斯克首次展示Optimus（BumbleC具備行走能力和基礎(chǔ)的物體處理能力（搬運(yùn)、澆水等成功從概念過渡至初步原型。馬斯克表明Optimus的最終設(shè)計目標(biāo)是大規(guī)模生產(chǎn)，單臺制造成本可能在2萬美元左右。特斯拉希望通過模塊化和高效的生產(chǎn)流程，將這款機(jī)器人打造成廣泛可用的勞動力替代品。外觀更加符合人形結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)和運(yùn)動部位經(jīng)過優(yōu)化，進(jìn)一步提高手部的靈活度和抓握精度。Gen2配備更先進(jìn)的電機(jī)和傳感器系統(tǒng)，使其在精確運(yùn)動和環(huán)境感知方面表現(xiàn)更優(yōu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)更為緊湊，有助于提高耐用性和動作靈活性。Gen3：細(xì)節(jié)待披露，已官宣相較于上一代Gen2，第三代Optimus靈巧手已具備22個自由度，較上一代翻倍，靈巧手靈活度及精密操作性進(jìn)一步提升。表4：TeslaOptimus歷史重要進(jìn)展原型機(jī)設(shè)計簡單，運(yùn)動速度及負(fù)載能力較差，指出Optimus具備行走能力和基礎(chǔ)的物體處理能力，如搬運(yùn)箱子和澆水，配備傳感部件，指出 整體性能：機(jī)器人能夠更平穩(wěn)地行走，轉(zhuǎn)身，甚至進(jìn)行一些復(fù)雜的平衡動作；手部靈活性和抓握能力有所改進(jìn)，使其能夠處理較小的物體和執(zhí)行更精細(xì)的操作，如拾取杯子、使用工具等關(guān)節(jié)靈活性和運(yùn)動協(xié)調(diào)性有所提升，自主識別物體和完成任務(wù)的能力進(jìn)一步增強(qiáng)，使機(jī)器夠在復(fù)雜的環(huán)境中更高效地運(yùn)作更為靈活的關(guān)節(jié)和四肢運(yùn)動能力；進(jìn)一步提高手部的靈活度和抓握精度，可完成雙手協(xié)作任務(wù)，如搬運(yùn)和組裝較精密的部件，其在復(fù)雜任務(wù)中的適用性提升執(zhí)行精細(xì)任務(wù)，協(xié)調(diào)性升級，完成折疊衣服（手部精細(xì)操作和感知能力）、識別不同類型的衣可自主任務(wù)執(zhí)行拾取物體、協(xié)作搬運(yùn)和輕型組裝任務(wù)，自主移動能力、避障能力提升；手夠根據(jù)物體的不同形狀和重量調(diào)整抓握力度和角度，完成如抓取小工具、整理零件等細(xì)致任務(wù)資料來源：億歐網(wǎng)，民生證券研究院本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告27Optimus采用多種傳動配合方案，Gen3自由度提升至22個。Gen2具備11個自由度（單手6個=大拇指2個+其余四個手指各1個），采用欠驅(qū)動方案進(jìn)行手部動作驅(qū)動，且手指部分（左右手食指、大拇指指尖處）配備有傳感器以進(jìn)行精密動作。若驅(qū)動方案無較大變化，我們認(rèn)為OptimusGen3驅(qū)動電機(jī)數(shù)量有望同步有較大幅度提升。同時，馬斯克透露OptimusGen3有望將驅(qū)動器外置于手臂環(huán)節(jié)，驅(qū)動器外置將降低對驅(qū)動電機(jī)體積的要求，成本或?yàn)楦匾目剂恳亍D50：OptimusGen2靈巧手11個自由度圖51：OptimusGen3靈巧手22個自由度圖52：特斯拉機(jī)器人手指環(huán)節(jié)專利（腱繩傳動方案，2024年4月）人形機(jī)器人行業(yè)快速發(fā)展，靈巧手或?yàn)镺ptimus多代際更迭最受益環(huán)節(jié)。馬斯克表明，2025年生產(chǎn)數(shù)千臺Optimus人形機(jī)器人，若測試順利，2026年預(yù)計生產(chǎn)5萬-10萬臺銷量，2027年將達(dá)到50萬臺。我們認(rèn)為，2025年進(jìn)入人形機(jī)器人量產(chǎn)元年，且未來三年行業(yè)需求有望高增。參照Optimus多代際更新情況，靈巧手自由度不斷提升，且精密操作等能力不斷優(yōu)化。行業(yè)深度研究/電力設(shè)備及新能源本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告286投資建議人形機(jī)器人賽道發(fā)展進(jìn)入快車道，隨特斯拉、宇樹、Figure等重磅產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，我們預(yù)計人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈將逐步趨于成熟。參照特斯拉Optimus從Gen1更迭至Gen3，靈巧手自由度不斷提升，且精密操作、復(fù)雜環(huán)境操作能力不斷加強(qiáng)，拉動對驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等核心部件需求。1）驅(qū)動系統(tǒng)：電機(jī)傳動綜合優(yōu)勢突出。相較于其他傳動方式，電機(jī)傳動具備較高控制精度和集成性，技術(shù)成熟且適用范圍更廣。驅(qū)動電機(jī)的選擇中，需同步考量控制精度、體積、成本等多重因素，空心杯電機(jī)優(yōu)勢更為突出，隨靈巧手結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，無刷有齒槽電機(jī)優(yōu)勢也在逐步凸顯。建議關(guān)注【鳴志電器】【偉創(chuàng)電氣】【匯川技術(shù)】【兆威機(jī)電】【信捷電氣】【雷賽智能】等。2）傳動系統(tǒng)：不同傳動方案優(yōu)勢各異。靈巧手傳動系統(tǒng)正朝著高精度、輕量化、仿生化和智能化方向發(fā)展，以滿足不同場景的多樣化需求。傳統(tǒng)剛性傳動（齒輪、絲杠等）與柔性傳動（腱繩等）并存，多種傳動方案結(jié)合方式正不斷發(fā)展。建議關(guān)注【綠的諧波】【雙環(huán)傳動】【北特科技】【貝斯特】等。3）傳感系統(tǒng)：傳感器在靈巧手多環(huán)節(jié)均有使用。傳感器系統(tǒng)的設(shè)計直接決定靈巧手抓取、操控和感知能力。各大人形機(jī)器人廠商在靈巧手及機(jī)器人其他環(huán)節(jié)均大規(guī)模采用多種傳感器，傳感系統(tǒng)正朝著多區(qū)域、柔性化、多模態(tài)趨勢發(fā)展。建議關(guān)注【柯力傳感】【東華測試】【漢威科技】等。鳴志電器：空心杯電機(jī)龍頭企業(yè)，布局靈巧手整體解決方案深耕控制電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)，國內(nèi)空心杯電機(jī)龍頭企業(yè)。公司深耕控制電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)多年，步進(jìn)電機(jī)等優(yōu)勢產(chǎn)品已躋身全球第一梯隊(duì)。關(guān)于靈巧手驅(qū)動電機(jī)，公司可提供空心杯電機(jī)、無刷電機(jī)、直線電機(jī)模組等產(chǎn)品，并借助北美AMP、美國Lin、TMotion等子公司布局海外高端高精度控制電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)領(lǐng)域。此外，公司已具備電機(jī)、高精密傳動機(jī)構(gòu)（減速器、絲杠）、高精度傳感器以及定制化零件等核心部件組成的自動化運(yùn)動控制一體化解決方案，在機(jī)器人、智能駕駛等領(lǐng)域備受客戶的青睞。行業(yè)深度研究/電力設(shè)備及新能源本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告29圖53：鳴志電器控制電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品（24H1財報）偉創(chuàng)電氣：傳統(tǒng)賽道穩(wěn)步發(fā)展，深入持續(xù)布局機(jī)器人賽道已完善工控全層級產(chǎn)品線，享人形機(jī)器人賽道成長紅利。公司由變頻器產(chǎn)品不斷完善，目前已具備變頻產(chǎn)品、伺服系統(tǒng)產(chǎn)品（導(dǎo)入自研編碼器）、控制系統(tǒng)產(chǎn)品（中小型PLC）工控全層級產(chǎn)品，傳統(tǒng)賽道穩(wěn)步發(fā)展并深入拓展海外市場。公司近年來持續(xù)深入機(jī)器人賽道布局，空心杯電機(jī)、伺服一體輪、伺服一體機(jī)等產(chǎn)品適用于人形機(jī)器人靈巧手、各類移動式機(jī)器人以及機(jī)器人關(guān)節(jié)部位。2024年9月，公司與科達(dá)利、盟立成立合資公司持股30%并派駐高管，機(jī)器人賽道布局再進(jìn)一程。圖54：偉創(chuàng)電氣主要產(chǎn)品匯川技術(shù)：內(nèi)資工控龍頭，機(jī)器人領(lǐng)域?qū)嵙︻I(lǐng)先自動化控制產(chǎn)品線完備，機(jī)器人賽道加速布局。公司產(chǎn)品涵蓋通用變頻器、伺服系統(tǒng)、PLC&HMI、工業(yè)機(jī)器人、高性能電機(jī)、精密機(jī)械（絲杠、直線導(dǎo)軌）、氣動等產(chǎn)品及解決方案。公司多項(xiàng)產(chǎn)品如通用伺服、低壓變配、小型PLC等產(chǎn)品份額均位居行業(yè)前二；工業(yè)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人份額分別位居第三、第一。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告30圖55：匯川技術(shù)工業(yè)自動化&數(shù)字化解決方案平臺兆威機(jī)電：深耕微型驅(qū)動領(lǐng)域，靈巧手新貴公司專業(yè)從事微型傳動系統(tǒng)，已公開發(fā)布靈巧手產(chǎn)品。公司專業(yè)從事微型傳動系統(tǒng)、微型驅(qū)動系統(tǒng)，主要產(chǎn)品具備高精度、小體積、低噪音等特性。2024年11月，公司發(fā)布仿生機(jī)器人靈巧手，集結(jié)構(gòu)、軟硬件系統(tǒng)研發(fā)于一體。主要應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域，可與各種柔性機(jī)器人配合使用，具有多自由度和高功率密度的特點(diǎn)，可完成復(fù)雜靈巧的抓握動作。圖56：兆威機(jī)電靈巧手發(fā)布會信捷電氣：PLC內(nèi)資龍頭，下延布局全產(chǎn)品線產(chǎn)品線已逐步完善，機(jī)器人賽道成長性可期。公司小型PLC產(chǎn)品已居內(nèi)資龍本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告31頭地位，通過不斷下延布局，公司目前產(chǎn)品線已貫穿人機(jī)交互（HMI）、控制系統(tǒng)（PLC）、驅(qū)動系統(tǒng)（伺服驅(qū)動系統(tǒng)，變頻器）、執(zhí)行反饋機(jī)構(gòu)（伺服電動機(jī)，交流電機(jī)）、以及輸出（工業(yè)機(jī)器人）的全過程。公司目前已具備機(jī)器視覺、SCARA機(jī)器人、六軸機(jī)器人、以及相應(yīng)的機(jī)器人控制系統(tǒng)并形成收入。圖57：信捷電氣機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)品雷賽智能：運(yùn)控領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)，戰(zhàn)略布局人形機(jī)器人賽道公司可提供運(yùn)控系統(tǒng)級解決方案，定位人形機(jī)器人解決方案供應(yīng)商。公司目前已具備完備的伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)、控制技術(shù)類產(chǎn)品，以適用面廣泛的通用型系列產(chǎn)品為主，并深耕細(xì)分行業(yè)工藝及終端大客戶。公司已積極布局人形機(jī)器人領(lǐng)域，定位于伺服控制產(chǎn)品與解決方案提供商、為眾多整機(jī)廠家提供系列化伺服控制核心部件和模組級解決方案。2023年成功研發(fā)出高密度無框力矩電機(jī)、CD伺服驅(qū)動器、中空編碼器、空心杯電機(jī)及配套的微型伺服系統(tǒng)等核心產(chǎn)品，經(jīng)過數(shù)十家客戶測試、驗(yàn)證和試用，已獲得數(shù)家機(jī)器人客戶的大批量訂單；公司與德國知名自動化公司聯(lián)合開發(fā)的機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的產(chǎn)品獲得成功，并獲得多家客戶試用、驗(yàn)證。圖58：雷賽智能機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)品本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告32綠的諧波：國產(chǎn)諧波減速器領(lǐng)軍企業(yè)，產(chǎn)品系列齊全諧波減速器行業(yè)龍頭，機(jī)電一體化產(chǎn)品解決方案供應(yīng)商。公司在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)諧波減速器的工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模化應(yīng)用，打破國際品牌在國內(nèi)機(jī)器人諧波減速器領(lǐng)域的壟斷，機(jī)電一體化產(chǎn)品（機(jī)電傳動及電液傳動集成模塊）可為客戶提供更為標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。圖59：綠的諧波超小型諧波產(chǎn)品圖60：綠的諧波機(jī)電一體化諧波產(chǎn)品雙環(huán)傳動：國產(chǎn)齒輪專業(yè)供應(yīng)商，全方位布局機(jī)器人減速領(lǐng)域全球高精密齒輪制造第一梯隊(duì)，人形機(jī)器人減速器布局全面。公司專注于齒輪傳動產(chǎn)品制造，憑借其高精密齒輪批量化制造的能力與國內(nèi)外著名的新能源車企與電驅(qū)動廠商形成深度合作，已進(jìn)入高精密齒輪制造領(lǐng)域國際市場的第一梯隊(duì)。子公司環(huán)動科技作為公司機(jī)器人減速器業(yè)務(wù)的主要實(shí)施主體，專注于高精密減速器，提供涵蓋3—1000KG負(fù)載范圍的機(jī)器人解決方案，包括RV減速器、諧波減速器及機(jī)電控一體化關(guān)節(jié)模組、驅(qū)動執(zhí)行器等，全方位滿足客戶需求。圖61：雙環(huán)傳動部分產(chǎn)品北特科技：汽零部件優(yōu)質(zhì)企業(yè)，人形機(jī)器人絲杠賦能成長公司深耕汽零領(lǐng)域，積極布局人形機(jī)器人絲杠產(chǎn)品。公司深耕汽車底盤領(lǐng)域二十余載，在國內(nèi)轉(zhuǎn)向器齒條以及減振器活塞桿細(xì)分行業(yè)內(nèi)，連續(xù)多年保持細(xì)分市場本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告33主導(dǎo)地位。公司持續(xù)配合客戶開發(fā)各型號絲杠零部件，包括螺母、行星滾柱、絲桿、齒圈等，應(yīng)用于人形機(jī)器人執(zhí)行器及汽車后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（RWS），重點(diǎn)建設(shè)了人形機(jī)器人用絲杠產(chǎn)線，相應(yīng)工序的設(shè)備較為完備，實(shí)現(xiàn)全工序均由公司獨(dú)立完成生產(chǎn)，且能實(shí)現(xiàn)單工序自動化方案。圖62：北特科技產(chǎn)品貝斯特：精密零部件龍頭，延申布局人形機(jī)器人公司專注于精密零部件，全面布局直線運(yùn)動部件。公司專注于精密零部件和智能裝備及工裝產(chǎn)品，并圍繞公司三梯次產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局延展新能源汽車零部件業(yè)務(wù)（新能源汽車輕量化結(jié)構(gòu)件、高附加值精密零部件等產(chǎn)品）及直線運(yùn)動部件（高精度滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動導(dǎo)軌副等產(chǎn)品），自主研發(fā)的行星滾柱絲杠已于2023年順利出樣。公司以全資子公司宇華精機(jī)為獨(dú)立平臺，自主研發(fā)應(yīng)用于人形機(jī)器人的線性執(zhí)行器核心部件——標(biāo)準(zhǔn)式、反轉(zhuǎn)式行星滾柱絲杠等。圖63：貝斯特部分產(chǎn)品本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告34柯力傳感：專注智能傳感器，積極布局人形機(jī)器人領(lǐng)域公司是力矩傳感龍頭，重點(diǎn)突破機(jī)器人傳感器。公司主要提供應(yīng)變式傳感器、儀表等元器件，并圍繞主業(yè)積極開展投并購，沿著機(jī)器人力學(xué)、觸覺、視覺、慣導(dǎo)傳感器的主投方向，布局氣體、溫濕度、MEMS、壓力、扭矩等多種物理量傳感器相關(guān)產(chǎn)品。公司著力重點(diǎn)突破機(jī)器人傳感器，六維力/力矩傳感器已完成人形機(jī)器人手腕、腳腕，工業(yè)臂、協(xié)作臂末端的產(chǎn)品系列開發(fā)，并已給多家國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人、人形機(jī)器人客戶送樣，并將繼續(xù)向微型、高頻響應(yīng)、MEMS硅基、力控算法集成等方向進(jìn)行突破。觸覺傳感器已啟動與多家企業(yè)、院校的合作，同時以自研模式進(jìn)圖64：柯力傳感部分產(chǎn)品東華測試：智能化測控布局全面，傳感器產(chǎn)品實(shí)力雄厚公司專注智能化測控系統(tǒng)，傳感器產(chǎn)品種類齊全。公司始終專注于智能化測控系統(tǒng)，公司傳感器產(chǎn)品可靠性高、穩(wěn)定性高、指標(biāo)優(yōu)異。公司目前傳感器產(chǎn)品包括加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、應(yīng)變傳感器、多維力傳感器、聲發(fā)射傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器及各類緩變量傳感器等多種類型，產(chǎn)品種類齊全。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告35圖65：東華測試傳感器產(chǎn)品漢威科技：氣體傳感器領(lǐng)軍企業(yè)，積極布局新型傳感器傳感器解決方案供應(yīng)商，積極拓展柔性微納傳感器。公司堅持“成為以傳感器為核心的物聯(lián)網(wǎng)解決方案引領(lǐng)者”的發(fā)展愿景，已形成“傳感器+監(jiān)測終端+數(shù)據(jù)采集+空間信息技術(shù)+云應(yīng)用+AI”的系統(tǒng)解決方案。公司柔性微納傳感器業(yè)務(wù)主要由控股子公司蘇州能斯達(dá)開展，已自研多品種、多量程的柔性微納傳感器（壓力、壓電、應(yīng)變、織物開始給多家機(jī)器人整機(jī)廠商提供電子皮膚及指腹類傳感器，供其研發(fā)使用，目前也正在持續(xù)推進(jìn)后續(xù)合作。圖66：漢威科技傳感器產(chǎn)品行業(yè)深度研究/電力設(shè)備及新能源本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告367風(fēng)險提示1）人形機(jī)器人技術(shù)迭代不及預(yù)期風(fēng)險。以特斯拉、宇樹等為代表的人形機(jī)器人企業(yè)正不斷迭代其人形機(jī)器人產(chǎn)品，目前大多數(shù)人形機(jī)器人產(chǎn)品均處于推出時間較短的狀態(tài)，若人形機(jī)器人技術(shù)迭代較慢會影響行業(yè)商業(yè)化進(jìn)程，進(jìn)而影響人形機(jī)器人靈巧手需求。2）人形機(jī)器人降本不及預(yù)期風(fēng)險。人形機(jī)器人未來需在各個場景替代人類工作，尤其是在一些成本敏感性場景，若人形機(jī)器人降本不及預(yù)期會影響行業(yè)商業(yè)化進(jìn)程，進(jìn)而影響人形機(jī)器人靈巧手需求。3）政策支持不及預(yù)期風(fēng)險。人形機(jī)器人受相關(guān)行業(yè)政策影響較大，若政策支持不及預(yù)期會影響人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，進(jìn)而影響人形機(jī)器人靈巧手需求。本公司具備證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，請務(wù)必閱讀最后一頁免責(zé)聲明證券研究報告37插圖目錄圖1：普通工業(yè)機(jī)器人夾取式執(zhí)行器 3圖2：Tesla人形機(jī)器人靈巧手 3圖3：人類手部共24個自由度 4圖4：不同動作對手部各環(huán)節(jié)配合要求不同 4圖5：靈巧手部分抓取場景 4圖6：靈巧手手指環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖 圖7：全球機(jī)器人靈巧手市場空間（單位：萬只） 圖8：全球人形機(jī)器人市場空間（單位：億美元） 圖9：兆威機(jī)電全驅(qū)動靈巧手 6圖10：BRL/Pisa/IIT(BPI)SoftHand（單驅(qū)動器欠驅(qū)動方案） 7圖11：STANFORD/JPL手指旋轉(zhuǎn)驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖 8圖12：因時機(jī)器人RH56直線驅(qū)動系列 8圖13：