机械行业灵巧手专题系列报告3：从运动学原理出发，灵巧手如何“动起来”？

灵巧手专题系列报告3：从运动学原理出发，灵巧手如何“动起来”？评级：推荐(维持)证券研究报告2025年06月21日机械设备张钰莹(证券分析师)S0350524100004zhangyy03@ghzq.com.cn请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2相对沪深300表现表现1M3M12M机械设备-5.5%-12.4%23.2%沪深300-1.3%-3.2%9.8%最近一年走势相关报告《灵巧手专题系列报告1：从灵巧手专利拆解出发：看驱动及传动路径如何？（推荐）*机械设备*张钰莹》——2025-03-11《灵巧手专题系列报告2：传感器：从第一性原理出发，灵巧手如何获得多模态“感觉”（推荐）*机械设备*张钰莹》——2025-05-19-20%-10%0%10%20%30%40%50%2024年6月 2024年8月 2024年10月 2024年12月 2025年2月 2025年4月机械设备沪深300请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3● 1）灵巧手如何动起来？多种可选的零部件搭配方案：我们梳理了部分商用灵巧手和论文、专利中的灵巧手“驱动-传动”可选方案，认为：主流驱动方式为电机驱动，电机需要搭配减速器（行星、谐波等）组成电机模组以实现减速功能，模组如何连接后续的传动零件又存在多种可选方案，包括丝杆、丝杠、连杆、腱绳、齿轮传动组、同步带+同步轮等。● 2）零部件如何组成灵巧手驱动模块及如何连接传动件？①灵巧手用电机和减速器的连接方式：通常以电机为核心驱动器，配以减速器作为驱动模块，再搭配下一环节的传动连接件。②驱动模块如何连接传动件：通过举例星动纪元、因时机器人及兆威机电的可选方案，介绍驱动传动的连接件方案，分别为齿轮输出件和丝杆/丝杠。● 3）不同传动方式区别如何？滚柱丝杠：我们分析其运动的方式等；腱绳：我们举例shadow hand和特斯拉一种专利的腱绳方案，拆解两种方案如何设计腱绳缠绕方式和配合驱动模组实现手指运动。● 行业评级及投资建议：我们认为人形机器人目前处于技术突破、商业化落地初期，后续有望迎来量产空间，维持灵巧手所在的人形机器人行业“推荐”评级。建议关注：1）电机及减速装置：兆威机电、信捷电气、雷赛智能、绿的谐波等；2）微型丝杠及腱绳：恒立液压、高测股份、南山智尚等；3）电子皮肤：汉威科技、福莱新材等。● 风险提示：人形机器人行业进展不及预期风险；中美贸易摩擦超预期风险；灵巧手核心技术迭代不及预期的风险；重点关注公司业绩不及预期风险；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。一、驱动+传动：灵巧手“动起来”所需核心零部件及对应方案请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5直线关节旋转关节行星滚柱丝杠可继续加配蜗轮蜗杆仍未实现期望转速有高负载/高精度/长寿命需求丝杆有控制成本的需求是否加设指内电机● 从驱动方式来看，主要有电机驱动、液压驱动、气压驱动等，目前主流驱动方式为电机驱动。我们认为，通常情况下，电机需要搭配减速器组成电机模组以实现减速功能，模组如何连接后续的传动零件又存在多种可选方案。● 从传动方式来看，电机和减速器组成模组、实现减速后，可以搭配丝杆、丝杠、连杆、腱绳、齿轮传动组、同步带+同步轮等多种传动件。资料来源：国海证券研究所图：灵巧手驱动-传动部分可选方案流程图电机减速装置为了达到期望的输出转速谐波减速器行星减速器常用方案可选方案是腱绳连杆齿轮传动组有控制成本的需求有轻量化、紧凑外型需求有高负载承重需求同步带+同步轮等其他可选方案等否完成请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6● 直驱-主动自由度：一般一个执行器对应一个主动自由度；欠驱-被动自由度：通过驱动器和手指模块耦合作用实现的被动驱动。● 以HRI HAND为例，可以更好地理解主动直驱和欠驱。该灵巧手共有15个自由度，6个主动自由度（大拇指2个+四指各1个）。● 单根手指自由度拆解：单根手指由两个4-bar link（可看作连杆A和连杆B）和三个指关节（MCP，metacarpophalangeal；PIP，proximal interphalangeal ；DIP，distal interphalangeal）构成，手指根部由线性电机驱动，电机连接MCP，为1个主动驱动；指模块不是电机直接驱动，因此是被驱动式；所以，整根手指共3个自度（指根部1个主动自由度+指关节2个被动自由度）。资料来源：Hyeonjun Park等《An open-source anthropomorphic robot hand system: Hri hand》，各公司官网，国海证券研究所产品总自由度主动自由度被动自由度宇树科技 DEX5-120164因时机器人 RH56DFT66未计入帕西尼感知 DexH13 G21313未计入星动纪元 XHAND112120灵心巧手 linkerhand L2021165傲意科技 ROHand/6/灵巧智能 Dexhand 02119127戴盟机器人 DM Hand1126/钧舵机器人16610兆威机电17/2017/20/雷赛智能 DH1161165表：各厂商灵巧手产品直驱/欠驱数据统计图：直驱/欠驱示意图电机连杆A连杆B关节MCPMCP到PIPPIP到DIP主动自由度*1被动自由度*1被动自由度*1请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7● 根据生物手的抓取动作，可以将手势分为力量型和精确型两类；1）力量型用来抓握体积较大或相对重量较大的物体，需要五指各关节同时弯曲，使物体被握在手指与手掌之间，不需要非常精确的位置控制；2）精确型用来捏合体积较小或重量相对较小的物体，依靠指拇指与食指或者拇指与食指和中指之间配合实现侧捏、夹持等精细动作。● 其中，拇指：需要力量+稳健性，需要实现动作：弯曲伸展+内伸外展+内旋外旋；食指：使用频率高，需要力量+灵敏性，需要实现动作：弯曲伸展+侧摆。资料来源：Hyeonjun Park等《An open-source anthropomorphic robot hand system: Hri hand》，各公司官网，帕西尼感知科技bilibili官方账号，国海证券研究所图：手部抓取动作分解图产品可实现手势数量备注宇树科技 DEX5-1拇指最大关节角度110°；四指侧摆±22°因时机器人 RH56DFT拇指横向旋转范围>85°帕西尼感知 DexH13 G2多指联动，高效连续复数抓取星动纪元 XHAND1食指侧摆±15°；大拇指最远对指小拇指灵心巧手 linkerhand L20拇指最大关节角度83°傲意科技 OHand27区别于机器人用灵巧手，为面向医疗应用的仿生手灵巧智能 Dexhand 021>15支持超过15种类人手功能操作戴盟机器人 DM Hand1拇指横向旋转范围80°钧舵机器人拇指旋转范围≤90°兆威机电食指可侧摆；每个手指关节可独立运动，协作完成抓取、旋转、物体操控等动作雷赛智能 DH11620/表：各厂商灵巧手产品可实现手势动作等统计请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明8● 空心杯电机较传统电机的优点：● 1）体积小+功率密度高：有助于实现关节的小型化；● 2）重量轻：在需要相同功率的前提下，使用空心杯电机可以减轻灵