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灵巧手：人形机器人应用落地的关键

分析师：张志邦（S0010523120004）邮箱：zhangzhibang@

分析师：刘千琳（S0010524050002）邮箱：liuqianlin@

2024年9月25日

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灵巧手价值量高，是人形机器人应用落地的关键

灵巧手价值量高，是人形机器人应用落地的关键

灵巧手结构精密复杂，真实人手的单手自由度是21个，机器人的灵巧手会根据特定场景简化功能，平衡成本和自由度的关系，目前特斯拉机器人单手自由度仅11个。灵巧手的性能和成本受其三大核心组件—驱动、传动和传感装置的共同影响。

灵巧手有多种驱动路线，差异主要体现在驱动形式和传动形式。驱动源是影响灵巧手体积和重量的重要因素，灵巧手模组的驱动方式包括电机驱动、气压驱动、液压驱动和形状记忆合金驱动。灵巧手的操作稳定性和灵活性指标主要取决于传动系统，传动模式包括连杆传动、腱绳传动、齿轮传动等。特斯拉目前驱动方案采用的空心杯+行星减速箱+编码器+驱动器+传感器的结构，传动方案采用的是金属腱绳+蜗轮蜗杆传动的结构。

灵巧手电驱动采用的电机方案路线众多，不同电机方案的模组构成不同。最常用的是空心杯电机，其特点是轻量高效，因扭矩相对较低常需要搭配行星齿轮减速器使用，主要供应厂商有Maxon、Faulhaber。无框力矩电机，无背隙可以直接驱动负载，不需要皮带、齿轮等传动装置；无刷有齿槽电机，相比空心杯电机模组转速更低可以节省齿轮箱。除电机方案之外，灵巧手模组其他结构件路线各异，减速器包括谐波减速器、行星减速器等，传感器有力传感器、触觉传感器等多种形式。

灵巧手领域主要的参与者有特斯拉、哈默纳科、Maxon、兆威机电、鸣志电器等。Maxon是精密驱动头部厂商，其定制化模组优势突出。哈默纳科是精密减速器头部厂商，已成功落地灵巧手微型谐波方案。鸣志电器以步进电机起家，目前空心杯电机成本优势凸显。兆威机电是微型传动领域标杆，机器人产品定制化经验丰富。推荐灵巧手国产替代核心标的兆威机电、鸣志电器。

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目录

1灵巧手结构及功能

2灵巧手发展路径：成本与功能的博弈

3灵巧手重要部件详解

4相关标的

5风险提示

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1.1

1.1灵巧手结构精密复杂，依据特定场景简化功能

?就真实人手而言，远指关节和中指关节分别有1个自由度，能够完成屈曲/伸展运动；而掌骨关节具有2个自由度，可以完成屈曲/伸展和侧向摆动动作。Pitch方向的自由度大拇指、食指、中指、无名指和尾指各有3个，共计15个；Roll方向的自由度大拇指有2个，其他手指各1个，共计6个，总体而言单手自由度为15+6=21个。对比而言，特斯拉人形机器人单手自由度仅11个。

?灵巧手决定了机器人的应用场景。人形机器人的灵巧手是一种基于人手运动学设计的特殊末端执行器，由于真实人手具备高自由度、结构紧凑等特征，绝大多数机械手无法完美复刻人手的功能，需要依据特定情景权衡简化。

图表1：人手自由度分析

屈曲伸展外展内收

资料来源：小米科技，华安证券研究所

图表2：人手骨骼结构

资料来源：郑悦《高仿生性能假肢设计研发及应用研究》，华安证券研究所

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1.2

1.2手指决定灵巧手的主要功能

?灵巧手的功能主要由手指决定，灵活的手指可以有效地提高灵巧手的灵活性。因此，对灵巧手的手指研究，尤其是对手指关节结构的研究至关重要。目前，灵巧手有很多分类方式，按照灵巧手的手指关节及其传动方式分类，主要可以分为三种灵巧手：刚性关节灵巧手、柔性关节灵巧手和软体关节灵巧手。

?机器人灵巧手的自身复杂性主要表现在仿生结构、驱动、传动、感知、复合材料、建模与控制等方面的关键技术。

图表3：灵巧手按手指关节分类一览

资料来源：郑浩贤《基于C形关节的柔性灵巧手设计与控制系统研究》，华安证券研究所

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