机械行业专题报告：当前如何看待灵巧手发展进展？

请阅读最后评级说明和重要声明 丨证券研究报告丨 行业研究丨专题报告丨机械 [Table_Title] 当前如何看待灵巧手发展进展？ 报告要点 [Table_Summary]灵巧手模仿人类的手指弯曲、摆动运动，来实现与人手类似的功能（抓、握、拿、精密装配等）。其性能优劣很大程度决定了人形机器人工作的性能。当前灵巧手从机械传动（连杆、齿轮、腱绳-滑轮传动等）到软体手、刚柔混合结构、气动装置等，结构方案仍在优化。灵巧手的研究已历 50 多年发展，从二指夹持器、多指关节抓持手，到第一款灵巧手 Okada 再到当前高系统集成度和丰富感知能力灵巧手产品。灵巧手自由度提升，驱动方式、传动方式多样化发展，灵活度及功能性得到大幅提升，朝着更综合的能力方向演进。 分析师及联系人 [Table_Author] 赵智勇 倪蕤 SAC：S0490517110001 SAC：S0490520030003 %%%%%%%%research.95579.com1 请阅读最后评级说明和重要声明 丨证券研究报告丨 更多研报请访问 长江研究小程序 机械 cjzqdt11111 [Table_Title2] 当前如何看待灵巧手发展进展？ 行业研究丨专题报告 [Table_Rank] 投资评级 看好丨维持 [Table_Summary2] 灵巧手拆解：如何模拟手的灵巧度？ 灵巧手模仿人类的手指弯曲、摆动运动，来实现与人手类似的功能（抓、握、拿、精密装配等）。其性能优劣很大程度决定了人形机器人工作的性能。目前人手有 21 个自由度，相对与一般人形机器人单腿 6 自由度及手臂 6 个以上自由度，灵巧手模拟人手的行动需要达到更多的自由度，复杂程度明显更大。目前国内外研究持续对灵巧手结构进行多个方面的优化，以期达到更好的灵巧度和适用性。具体来看，常见的机械式转动关节设计为偏传统的传动方式，可分为连杆传动、齿轮传动、线绳驱动（腱传动）等，各有特点与局限性。机械方式结构设计虽然外观和形式上实现了仿生，但在运动功能实现人手的灵活精巧和目标适应性仍有较大的优化空间。灵巧手结构方案仍在优化，当前结构设计包括软体手、刚柔混合结构、气动装置模拟人工肌肉等方式。此外，灵巧手一般还能集成感知系统，类似于人的触觉、对位置的移动感知变化等，需要更多的传感器赋能。目前包括力传感器、视觉传感器、驱动模组的编码器等在人形机器人灵巧手均有运用案例。 灵巧手复盘：从夹持器到仿生手，向更综合的能力演进 灵巧手的研究已历 50 多年发展，最早关于灵巧手的开发为两指夹持器，结构简单、运动形式单一稳定，但缺乏灵活性、对复杂形状目标抓取能力弱。基于此，三指或四指抓持手开始出现。多指设计便于对目标物体多触点抓持，提高抓持成功率和可靠性，已具备人形机器人灵巧手雏形，但还不具备对目标物体的操作能力。1974 年，日本电工实验室研发世界第一款 Okada 灵巧手，总共有 3 个手指组成共 11 个自由度，通过安装在灵巧手外部的直流电机及腱-滑轮作为传动方式，Okada 可实现 500g 质量物体的抓取。上世纪 80 年代开始，世界关于灵巧手的研究加快，研究成果从 3 根手指到 5 根手指演进，自由度提升，负载能力增强。驱动方式、传动方式多样化发展，灵巧手的灵活度及功能性得到大幅提升。20 世纪末后，多指灵巧手研究方向朝高系统集成度和丰富感知能力提升方向发展。但高集成+高感知能力灵巧手推高了制造成本并降低了系统的可靠性和维护性。因此近 10 年，简化系统、提升鲁棒性成为灵巧手的研究重点之一，适应性欠驱动结构设计成为有效的实现方式。从近期公布的文献方案来看，高关节数目和自由度或仍然是行业的主要研究方向，灵巧手朝着更综合的能力方向演进。 从专利角度看国内灵巧手解决方案 我们详细介绍了两项专利，基本涵盖了机械传动三个主要形式。智元机器人的灵巧手专利，主要融合连杆方案和齿轮方案。连杆方案推动指关节左右摆动，齿轮传动促进指中节弯曲。指尖关节为特殊的非同轴设计结构，通过外置驱动电机，实现指尖关节的二次弯曲以达到灵巧手抓握物体的能力。大连理工大学的专利方案主要是腱-滑轮方案，我们详细论述了其中中指和食指的弯曲驱动原理。 风险提示 1、灵巧手技术开发不及预期的风险； 2、灵巧手量产化不及预期。 市场表现对比图(近 12 个月) 资料来源：Wind 相关研究 [Table_Report]•《美国市场对机械设备的影响如何？》2023-10-29 •《爆发式扩产后，TOPCon+技术路径如何演进？》2023-10-22 •《天然气重卡销量爆发，如何看待产业链受益环节？》2023-10-22 -12%-3%6%14%2022/112023/32023/72023/10机械沪深300指数2023-11-08%%%%%%%%research.95579.com2 请阅读最后评级说明和重要声明 3 / 14 行业研究 | 专题报告 目录 灵巧手：从仿生结构到驱动、传动模拟人手 ................................................................................. 4 灵巧手拆解：如何模拟手的灵巧度？ ............................................................................................................. 4 灵巧手复盘：从夹持器到仿生手，向更综合的能力演进 ................................................................................ 6 从专利角度看国内灵巧手解决方案 ............................................................................................... 8 智元机器人：融合连杆+齿轮方案 .................................................................................................................. 8 高校方案：一种腱-滑轮欠驱动灵巧手方案 ................................................................................................... 11 风险提示 ..................................................................................................................................... 13 图表目录 图 1：真实人手的自由度分析 ............................................