人形机器人专题（三）：灵巧手：结构向高承载发展，丝杠数量或将倍增

敬请参阅最后一页特别声明 1 基于功能性和长期目标，灵巧手往人手方向发展是大势所趋。若以函数表示，机器人灵巧手替代人手的条件为F(X,Y,Z)=(自由度、抓握能力、感知能力、承重能力，稳定性，经济性)≥F(人手)。 自由度是当前特斯拉灵巧手发生最大变动的地方。根据特斯拉 GEN2 官方视频，GEN2 单手自由度为 11 个，而特斯拉24Q2 业绩会上，马斯克说明后续手部自由度将为 22 个，往人手方向靠近。这意味着与之配套的单自由度零部件，即驱动装置、传动装置、传感装置等数量都将随之提升。 驱动装置上，预计空心杯电机和无刷有齿槽电机将成主流，假设单手用量约 13~17 个，当前双手价值量 3.4~15.3 万元。驱动方式包含电机驱动、液压驱动、气压驱动和形状记忆合金驱动。由于电机驱动具备体积小、响应快等优势，凭借较强的性价比成为主流方案。以特斯拉为例，其手部采用了空心杯电机，据 Maxon 官网，其单价达 4675 元，而兆威机电旗舰店的空心杯电机约 2000 元/个，无刷有齿槽电机售价仅 160 元/个，基于成本考虑，后续无刷有齿槽电机有望凭借较高的经济性部分替代空心杯电机的布局。中高端领域中，空心杯电机市场基本被外资厂商垄断，外资企业市场份额达到 85%以上。但国内布局工业用空心杯电机的企业较多，有望快速切入机器人领域，实现国产化降本。 传动装置上，当前处于腱绳向丝杠切换的关键时间点，假设单手用量 13~17 套，当前双手价值量为 5.5~10.6 万元。传动方式主要包含腱绳、丝杠、齿轮、连杆等。早期灵巧手采用齿轮、连杆等传动机构，然而因为尺寸和质量大、运动不灵活等问题逐渐被淘汰。模仿动物肌腱传动方式的腱绳传动目前广泛被灵巧手采用。但此方案的问题在于承载力较低，因此有可能被承载力更高的丝杠方案替代。在 2024 年北京机器人展览上，KGG 展出 4mm 直径的行星滚柱丝杠，以及直径 1.5mm 的行星滚珠丝杠；此外 KGG 还展出了集成了行星滚柱丝杠方案的灵巧手。当前已布局手部微型丝杠的公司较少，目前包含新剑传动、五洲新春和 KGG 等。 传感器装置上，触觉传感器是价值量最大环节，单手用量约 5 套，双手价值量约 1351 元。根据特斯拉 GEN2 发布会，特斯拉机器人上确定搭载了触觉传感器，其他灵巧手传感器包含关节力矩传感器、关节绝对位置传感器、电机霍尔传感器和温度传感器。全球触觉传感器前三大厂商为 Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products Inc，市占率共 65%，国产传感器预计后续凭较好的成本优势提升国产替代率。 灵巧手正往更高自由度、高感知能力和低成本提升方向发展。据测算当前单只高性能灵巧手成本约 4.5~13 万元，量产后单手价格有望做到 1 万元以下，高性能灵巧手 DLR 售价达 80 万元/只，具备较大降本和降价空间。空心杯电机和滚柱丝杠合计成本占比 90%以上，是降本的核心。当前美国灵巧手技术高于国内，多家外资已经将自由度做到 20 个以上，国产灵巧手自由度最多的是青龙（19 个）。国产投入积极且具有价格优势，国产灵巧手有望占据更多市场份额。 投资建议 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）手部增加了自由度，从 11 个提升到 22 个，从而对应的电机数量将可能从原本的 6 个提升到 13~17 个；（2）驱动器装载部位由手部改为手腕。驱动上，电机驱动是当前主流的灵巧手驱动方式，由于第三代灵巧手自由度增加，所需电机数量增加，利好空心杯电机和无刷有齿槽电机供应商。传动上，腱绳+蜗轮蜗杆是特斯拉第一代方案，随着行业灵巧手丝杠的日渐成熟，叠加特斯拉提升单手承载力的需求，手部采用丝杠进行传动可能是一种发展方向，若单手丝杠为 13 根，则单个人形机器人需要 26 根丝杠，利好丝杠产业链供应商。感应上，第一代采用了霍尔传感器，第二代新增触觉传感器，由于触觉传感器价值量较大，利好相关传感公司。 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。 行业专题研究报告 敬请参阅最后一页特别声明 2 扫码获取更多服务 内容目录 一、灵巧手具体方案对比：灵巧手=手指（驱动+传动+传感器）*自由度+外壳............................. 5 1.1 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.............................. 5 1.2 特斯拉 gen1 专利拆解：驱动器、齿轮箱是核心零部件 ........................................ 13 1.3 灵巧手空心杯电机和丝杠是未来降本核心 ................................................... 19 1.4 竞争格局：美国领先，国产灵巧手快速崛起 ................................................. 21 二、驱动装置：国产竞争力优势明显............................................................... 22 2.1 价格：进口价格为国产品牌的两倍 ......................................................... 22 2.2 竞争格局：玩家持续增多，有望快速实现国产替代 ........................................... 22 三、传动方式：谐波减速器尚有差距，丝杠国产优势明显............................................. 23 3.1 减速器：降速增扭，已有多家完成手部谐波减速器开发 ....................................... 23 3.2 丝杠：具备较高的承载力和精度，在精细化工作场景中具备必要性 ............................. 25 四、传感器：精度存在差异，国产产品满足一般场景................................................. 27 4.1 电阻式和电容式触觉传感器有望成为主流 ................................................... 27 4.2 灵巧手需要大面积低精度皮肤+高敏感指腹 .................................................. 27 4.3 竞争格局：外资占据大部分份额 ........................................................... 28 投资建议.....................................................................