【国金证券】高端装备制造产业研究深度：灵巧手：结构向高承载发展，四缸数量或倍增-251227（49页）.pdf

1、产业研究深度丨高端装备制造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

2、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。（

3、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。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。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

4、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、未来发展方向、竞争格局

5、和价值量。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自由度数量：有自由度提升趋势人手共有24个自由度。据机器人灵巧手建模、规划与仿真，人手24个自由度包含拇指5个自由度，其余4指各4个自由度，另外还有腕的外展、腕的弯曲和手掌的弧度3个自由度。(divcenter)图表1：人手共有24个自由度(/divcenter)若机器人的灵巧手驱动源数量等于自由度，为全驱动；若驱动源数量小于自由度，为欠驱动。全驱动方案每个指关节都有驱动器，功能接近人手，可实现更高的精度；而欠驱动虽然集成度更高，但功能性不足，对于精度要求比较高的手指精巧控制无法胜任。自由度越多，设计难度越大，难题之一是如何

6、安置众多驱动器，让灵巧手的尺寸接近人手。目前已知自由度最多的是ShadowHand，自由度达到24个。特斯拉人形机器人第一代单手拥有6个自由度，第二代11个自由度，整体向自由度更高发展。2014年起，已有至少4款灵巧手做到了21个自由度，传动方式上，韧带、腱绳和齿轮连杆均有采用。驱动方式：电驱为主流技术方向灵巧手主要的驱动方式分为四种：电机驱动、液压驱动、气压驱动和形状记忆合金驱动。1）电机驱动兼备精度和经济性。电机驱动方式中，电机经减速器控制转矩和转速后通过其他传动装置将旋转运动转化为手指的弯曲运动。驱动系统主要由电机、减速器组成。优势在于体积小、响应快、调控方便、稳定性好、精度高、输出力矩