灵巧手是人形机器人价值量最高、技术壁垒最大的核心部件。国金证券研究报告显示,特斯拉Optimus第三代灵巧手自由度从11个提升至22个,超越真实人手。单手纯BOM成本4.5-13.3万元,微型丝杠(约17根/手)和空心杯电机合计占硬件成本80%以上。新剑传动、KGG已研发出手指丝杠,五洲新春、北特科技、贝斯特加速布局。兆威机电、鸣志电器为灵巧手电机核心标的,国产替代空间广阔。
灵巧手:22自由度超人手,价值量占32%
特斯拉Optimus灵巧手是下一代人形机器人变化最大的部件。公开资料显示,第三代灵巧手自由度从11个提升至22个,超越真实人手(21DoF),主动自由度从6个提升至预计17个。电机方案从手掌移到手臂位置,体积限制解开,空心杯电机的体积优势不再必要,可能更多向无刷有齿槽电机切换。丝杠方案单手从0根提升至约17根。
灵巧手是整机价值量最高的部件。从整机价值量分布看:灵巧手(占比约32%)>丝杠(18%)>微型电机(18%)>减速器(12%)>力传感器(7%)≈无框电机(7%)。从壁垒看:灵巧手>行星滚柱丝杠>六维力矩传感器>谐波减速器>微型电机>无框电机。灵巧手涉及仿生结构、驱动、传动、感知、复合/智能材料、建模与控制等多方面综合能力,技术壁垒极高。
当前灵巧手单手纯BOM成本约4.5万元(采用国产方案,13个主动自由度)至13.3万元(采用进口方案,17个主动自由度)。未来量产后,单手成本有望降至万元以内。灵巧手产业化还处于起步状态,迭代能力决定长期竞争力,国内企业迭代效率领先,长期看灵巧手及核心供应链将由国内公司主导。
灵巧手核心零部件价值量分布| 零部件 | 价值量占比 | 核心标的 |
|---|
| 空心杯电机/无刷电机 | 最高 | 鸣志电器、兆威机电、伟创电气 |
| 丝杠(约17根/手) | 约41.5% | 五洲新春、北特科技、贝斯特 |
| 行星减速器 | 较高 | 绿的谐波、双环传动 |
| 触觉传感器 | 较高 | 汉威科技、柯力传感、福莱新材 |
微型丝杠:17根/手,国产替代加速
特斯拉灵巧手丝杠方案从第一代的0根提升至第三代的约17根(单手),单个人形机器人需要34根丝杠。降本方案是(2-3根滚柱)+(14-15根滚珠),高承载力方案需17根滚柱丝杠。
当前KGG和新剑传动已完成手部丝杠研发,五洲新春正在研发中。新剑传动从2008年开始专业研发大批量应用的行星滚柱丝杠,与国内外顶尖人形机器人公司共同合作,年产100万台项目已奠基。北特科技布局小尺寸滚珠丝杠和滚柱丝杠,已完成零部件研发并送样客户。贝斯特拥有高精度进口磨床,已布局滚柱丝杠。恒立液压锁定潜在大客户。斯菱股份规划建设行星滚柱丝杠产线。
微型丝杠技术壁垒在于精度、良率、效率的兼顾。行星滚柱丝杠难点在于热处理(影响寿命)、精磨(影响精度)、装配(影响一致性)。精磨设备需从海外进口,交货周期1-2年。国产设备在精度、良率、效率三方面仍需突破,但华辰装备等已推出精密外螺纹磨床,试件加工精度达P0级。预计2025年专用定制设备将有效提升国产丝杠加工精度和效率。
微型电机与传感器:核心驱动与感知部件
驱动上,电机驱动是当前主流方式,灵巧手自由度增加所需电机数量增加。第三代灵巧手电机从手掌移到手臂位置,体积限制解开,空心杯电机的体积优势不再必要,可能更多向无刷有齿槽电机切换。建议关注鸣志电器(步进电机/空心杯电机龙头)、兆威机电(微型传动系统、灵巧手电机)、伟创电气(无框力矩电机)、禾川科技(空心杯电机)。
传感器上,第一代灵巧手采用霍尔传感器,第二代新增触觉传感器。特斯拉灵巧手未来将集成位置、力、触觉等传感器,对传感器精度和集成度提出更高要求。建议关注汉威科技(触觉传感器)、柯力传感(力传感器)、福莱新材(触觉传感器)。
灵巧手产业化的核心矛盾在于“高自由度与低驱动数/低重量/小体积之间的权衡”。随着材料、方案逐步成熟,自由度预计将进一步增加,电机、丝杠、传感器用量同步增长。鸣志电器、兆威机电有望深度受益于灵巧手放量带来的微型电机需求爆发,五洲新春、北特科技在丝杠环节国产替代空间最为广阔。