——人形機器人行業深度報告證券分析師：黃細里證券分析師：郭雨蒙n下游場景推動靈巧手向仿人手迭代，市場前景廣闊。2024年靈巧手市場規模達17.06億美元，預計2025/2030年將增至19.21/30.36億美元。工業機器人常用二指靈巧手執行簡單夾取，人形機器人需求促使其向4指/5指及高自由度發展。n從驅動方案來看，欠驅動、外置/混合置+電驅為主流，電機或由空心杯向無刷有齒槽切換。具體來看，1）欠驅動靠犧牲精度來降本和加速落地，應用更為廣泛；2）外置驅動器和混合置犧牲一定精度短期簡單場景落地更快。3）電驅動因模塊化設計、精度高等特點為當前主流方案。4）特斯拉第三代靈巧手以無刷有齒槽電機替換部分空心杯電機，電機方案或將切換。n傳動方案涵蓋齒輪/蝸輪蝸桿、連桿、絲杠、腱傳動桿四類，各有優劣，均可映射至實際產品。其中，腱繩+絲杠復合傳動可在保證靈活性的基礎上提高傳動精度，映射產品為特斯拉第三代靈巧手，契合未來趨勢。n從感知方案來看，多模態是既定趨勢。1）力/力矩傳感器趨于應變片式并向六維發展；2）柔性傳感器（電子皮膚）技術路線多元，聚焦提升靈敏性和穩定性；3）MEMS壓力傳感器中，壓阻式更成熟，多用于靈巧手指尖部位。n特斯拉靈巧手迭代明確繩驅主流，實現自由度翻倍、傳動升級、驅動切換及多模態感知突破。國內外產品普遍追求高自由度與多模態感知，凸顯行業發展趨勢。n投資建議：推薦減速器+絲杠鏈企業【福達股份】，關注微型絲杠鏈【浙江榮泰】、【五洲新春】、【震裕科技】，關注腱繩鏈【大業股份】、【南山智尚】，推薦T鏈頭部企業【拓普集團】。n風險提示：人形機器人核心技術發展不及預期；人形機器人產業化落地進程不及預期；人形機器人零部件行業競爭加劇；人形機器人技術路線變更。224.投資建議及風險提示33441.靈巧手：人形機器人與外界交互的媒介 數據來源：江蘇遠恒教育，因時機器人官網，東吳證券研究所5n靈巧手是一種末端執行器，相較于傳統的工業機器人，其將手腕連接處的工具替換為手爪。n人形機器人應用場景更為復雜，對靈巧手精細化提出要求，使得其從雙指/多指向五指仿人手進行迭代。應用于工業機器人的雙指/多指手爪功能較為單一，一般只支持夾取、上下料等簡單工作；而人形機器人的靈巧手需要實現更為精細化的功能，比如捏取易碎物品、可適應不同物品的特性和形狀等，故而要求其為仿人手打造。 數據來源：蘿卜易機器人，焉知人形機器人，東吳證券研究所6n手的十三種基本的功能：懸垂、托舉、觸摸、推壓、擊打、動態操作、球形掌握、球形指尖握、柱狀抓握、勾拉、二指尖捏、多指尖捏、側捏等。手的功能建立在手與上肢的皮膚、筋膜、關節、肌肉等“執行器官”完整的基礎上，并實現于神經系統多層級的精密調控與信息整合處理。n人手自由度共有21個（不考慮手腕關節）：從解刨學角度看前端四指每個手指有4個自由度,其中掌指關節(MCP)具有2個軸線垂直相交的轉動自由度，合計16個；大拇指5個，合計21個。n靈巧手為了實現人手所能實現的功能，也要求具備與人手相差無幾的自由度，以特斯拉OptimusGen3為例，預計擁有22個自由度。 數據來源：CAAI認知系統與信息處理專委會，零零之間，東吳證券研究所7靈巧手類別多樣，適用于不同應用場景n靈巧手種類多樣，在精度、靈活性、成本等多方面各有優劣：1）按照自由度數量可分為全驅動和欠驅動；2）按照驅動結構可分為驅動器外置、內置或混合制；按照具體驅動方式可進一步細分為電機驅動、液壓驅動、氣壓驅動、形狀記憶合金驅動；3）按照機械傳動形式可分為腱傳動、連桿傳動、齒輪/渦輪蝸桿傳動、絲杠傳動；4）按照感知技術可分為內部感知和外部感知。 數據來源：中商產業研究院，前瞻產業研究院，東吳證券研究所8n靈巧手價值量較高，以前瞻產業研究院數據為基準，預計靈巧手價值量占整機的10-20%左右，是成本占比最高的零部件之一。中商產業研究院數顯示，2024年靈巧手市場容量為76.01萬只，隨著靈巧手功能持續完善，疊加下游人形機器人的放量，預計2025年靈巧手市場容量將達86.18萬只，對應市場規模為19.21億美元；2030年預計分別為141.21萬只、30.36億美元，5年復合增長率分別為10.38%、9.59%。圖：靈巧手市場容量預測992.靈巧手方案百花齊放，路線仍未收斂 數據來源：劉菲等《彈性欠驅動四指靈巧手設計與實驗》，陶世減速機，知乎-任賾宇《欠驅動or全驅動？》，東吳證券研究所10n按自由度，靈巧手分為全驅動和欠驅動。其中，全驅動指靈巧手的每一個自由度都配備一個獨立的執行器；欠驅動指靈巧手的自由度數量大于所配備的執行器數量。n全驅動靈巧手可通過獨立的執行器分別來操縱靈巧手的各個關節臂部位，精度更高，具備更強的適應性，但成本更高、結構更為復雜；欠驅動靈巧手通過有限的驅動單元來拉動其余不具備執行器的部位，精度較低，但結構簡單且成本較低，可以滿足大部分特定場景。n由于全驅動靈巧手壁壘較高，當前，以欠驅動靈巧手為主流方案的廠商更多。部分廠商將全驅動與欠驅動相結合，在功能性要求較高的手指（食指等）上采用全驅動方案，在功能性要求較低的手指（小拇指等）上采用欠驅動方案，以滿足精度和成本要求。 數據來源：Festo官網，舵輪加驅控V不走尋常路，焉知人形機器人，東吳證券研究所11n按驅動器所在位置可以把靈巧手分為外置和內置兩種，混合置應運而生。其中，1）外置指將驅動器放在手部外部或手臂上，使手指更為纖細并且可以采用更大功率的驅動器以滿足手指抓取的需求，但同時具有精度較低、無法反映手指關節位置和驅動力的缺點；2）內置指將驅動器集成在手指內部，具有更高的精度，但集成式驅動器會導致靈巧手的體積變大，會影響其靈活度；3）混合置指將主要的驅動器內置，便于精確控制，將輔助的驅動器外置便于提高抓取力。雖然混合置結合了內置和外置的一部分優點，但其由于部分驅動器外置，仍需要采用腱傳動，結構復雜、重量較大。n當前內置雖為當前市場的主流方案，但從短期來看，采用外置和混合置方案的靈巧手負載能力更強，ToB簡單場景落地更快。隨著后續技術的不斷優化，精細化場景需求提升，驅動器內置式靈巧手需求量也將上升 數據來源：章華《全驅動機械靈巧手的設計與分析》，馬凝《全驅動五指靈巧手結構設計及控制系統的研究》，東吳證券研究所12驅動方案：電機驅動為主流方案n按照驅動方式，靈巧手可分為電驅動、氣壓驅動、液壓驅動、形狀記憶合金驅動（SMA）。n相較于其余驅動方式，當前電機驅動為主流，其具備控制精度高、響應速度快、模塊化設計等優點，適用于較為精密的工作場景，與人形機器人更契合。液壓驅動雖然工藝成熟，具有負載大的優點，但控制精度較低、響應速度慢，與工業機械更契合。驅動類型電驅動氣壓驅動液壓驅動形狀記憶合金驅動優點控制精度高、響應速度快、模塊化設計易于操作、重量輕、造價低使用壽命長、質量輕噪聲小、結構緊湊、質量輕缺點功率密度低無法精確運動，氣動驅動器裝備困難控制精度低、響應速度慢、體積大工作效率低、易發生疲軟典型產品特斯拉Optimus靈巧手Shadow靈巧手、Utah/M.I.T.靈巧手德國卡爾斯魯厄大學STEFANSCHULZ團隊產品Hitachi靈巧手 數據來源：觀研天下，東吳證券研究所13驅動方案：空心杯或向無刷有齒槽切換n電驅動靈巧手所采用的電機可分為空心杯電機、無刷直流電機、無框力矩電機三大類。n空心杯電機因其體積小、轉速高等優勢為當前靈巧手電機主流方案，典型產品為特斯拉一代靈巧手；無框力矩電機可以提高部件的負載能力，在人形機器人手臂中用量較多，與靈巧手的精細化場景匹配度較低且成本較高，當前應用較少。n無刷有齒槽電機是無刷直流電機的一種，是高集成化和成本的折中選擇。特斯拉二代靈巧手將電機從手部移到小臂，空間的釋放使得無刷有齒槽電機的應用空間顯現。雖然其相較空心杯電機而言，在響應速度和精度上略有不足，但成本較低、使用壽命較長，順應靈巧手降本趨勢。空心杯電機無刷直流電機無框力矩電機結構屬于直流永磁的伺服、控制電機。無外殼設計，轉子和定子直接集成到負載軸原理線圈與永磁場直接作用，無鐵芯摩擦，無無渦流造成電能損耗，且因重量和轉動慣量低而減少轉子自身機械能消耗磁場，實現無接觸的換向。基于電磁感應，精確控制定子繞阻電流產生的磁場與轉子永磁體磁場相互作用，無框結構優化磁場分布和力矩傳遞效率。超高響應速度（毫秒級）、輕量化、高效率高效率（可達90%以上）、長壽命（無電刷磨損）、低噪音效率在80%-90%，轉動慣量較低非常高，可達每分鐘數萬轉轉速較高，但通常在10000轉以下通常在每分鐘數千轉以下，側重穩定力矩啟動、制動迅速，相應極快，機械時間常數小于28ms小于無刷空心杯電機較低，無電刷摩擦及換向電流噪聲小運行穩定性轉速波動小，作為微型電動機其轉速波動能夠容易地控制在2%以內。穩定性較好 數據來源：肖曙《諧波傳動機器人關節力矩估計關鍵技術研究》，桂偉《精密行星減速器優化設計與結構可靠性分析》，沐風機械，東吳證券研究所14傳動方案：齒輪/蝸輪蝸桿傳動效率高體積大n齒輪傳動一般由微型減速器帶動齒輪組實現傳動。其中，微型減速器主要為諧波減速器和行星減速器。諧波減速器由于傳動精度較高，一般用于指關節；行星減速器承載能力強，一般用于手部，且成本較低。n蝸輪蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞交錯軸之間的運動和動力，具備傳動效率高且穩定性好的特點。n齒輪/蝸輪蝸桿傳動均將旋轉變成直線運動，雖然驅動較為靈活，但均有結構冗雜，笨重，柔性不足，抗沖擊性能較弱的缺點。表：諧波減速器和行星減速器對比圖：蝸輪蝸桿傳動示諧波減速器行星減速器機構簡單、零件少，傳動比高，傳動精度高承載能力強，成本較低散熱條件差，成本高傳動精度較諧波減速器略低適用部位 數據來源：嚴璽《仿人靈巧手的結構設計及控制研究》，小米技術，東吳證券研究所15傳動方案：連桿傳動承載力高但效率低n連桿傳動系統通過一系列剛性或半剛性的連桿組件將動力源的運動傳遞到末端執行器，并以此實現手指的運動。相較于齒輪/蝸輪蝸桿傳動，其通過損失一定的傳動效率來提高靈巧手的承載力，具有剛度好、加工制造容易、傳動精度較高，可實現多種運動規律和運動軌跡的優點。但與齒輪/蝸輪蝸桿傳動類似，連桿傳動方案同樣具有結構復雜、重量大、抗沖擊能力弱的缺點。n當前采用連桿傳動方案的典型產品有BeBionicHand、因時機器人-RH56DFX等。 數據來源：精密傳動與控制，行行查研究中心，焉知人形機器人，Alex的干貨小屋，東吳證券研究所16傳動方案：絲杠傳動精度高柔性差n絲杠傳動與齒輪/蝸輪蝸桿傳動相同，也將旋轉變成直線運動，方案主要可分為梯形絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠。其中，滾珠絲杠和行星滾柱絲杠在靈巧手中采用較多。n相較于梯形絲杠，滾珠絲杠和行星滾柱絲杠在精度和壽命上有顯著提升，與當前人形機器人精細化場景相契合，但是成本較高。其中，行星滾柱絲杠成本更高，約為滾柱絲杠的3-5倍。n絲杠傳動雖然精度較高，但是柔性較差，靈活性有待提高。通過多個行星滾柱分擔載荷強 數據來源：嚴璽《仿人靈巧手的結構設計及控制研究》，小米技術，電機新材料，東吳證券研究所17傳動方案：腱傳動靈活但精度低n腱傳動的工作原理是采用腱繩（如鋼絲繩或高分子材料繩）作為傳動介質，利用滑輪或卷繞機構實現動力傳輸。這種方式能夠大幅減少系統重量，提高靈活性，同時降低摩擦損耗，使得靈巧手的動作更加平滑自然。n腱傳動因布置形式多變而具有不同結構，目前常見的結構有腱-腱鞘式、等徑滑輪式、帶輪傳動式三種。腱傳動具有結構緊湊、重量輕、靈活性高的優點，但精度相對較低且腱繩易磨損，壽命有限。傳動方案原理簡圖 數據來源：行研雜談，公司公告，東吳證券研究所18傳動方案：微型絲杠+腱繩傳動為1+1>2n微型絲杠+腱傳動復合方案實現互補。在傳動方案中，絲杠的傳動效率和精度綜合能力更強，與人形機器人前期的精密裝配應用場景契合，靈活性較差但可通過腱繩來彌補；而腱傳動的靈活性更強，符合靈巧手自由度逐步提高的趨勢，精度較低但可通過微型絲杠來彌補。因此，微型絲杠+腱傳動復合方案應運而生。n技術路線逐漸收斂，關注微型絲杠+腱繩企業。特斯拉OptimusGen3靈巧手采用行星齒輪箱+微型絲杠+腱繩傳動方案，技術路線進一步迭代。國內微型絲杠+腱繩玩家有望受益。其中，五洲新春擬投資10.5億元建設行星滾柱絲杠、微型滾珠絲杠等產能；震裕科技微型絲杠產品實現送樣；大業股份聯合高校和客戶開發腱繩新產品。圖：微型絲杠+腱繩復合方案表：微 數據來源：人形機器人產業通，觀研天下，智能感知工程，東吳證券研究所19感知方案：從用途看，分為力覺、觸覺感受器n傳感器是人形機器人模仿人類感知的產品，是人形機器人與外界實現交互的重要零部件，其在靈巧手上的應用可分為力覺傳感器——力/力矩傳感器和觸覺傳感器——柔性傳感器、MEMS壓力傳感器。其中，1）力/力矩傳感器主要用于精準抓取和搬運物體；2）柔性傳感器又稱為“電子皮膚”可以用來感受物體形狀；3)MEMS壓力傳感器可用于指尖部位，與柔性傳感器的應用場景具有一定的重合度。力/力矩傳感器按維度分：一維、三維、六維檢測系統感知本體的應變或形變，通過電路將其轉化為相應電壓，通過測量電壓值來表征力/力矩大小，并轉換成可用輸出信號實現高精度交互、環境適應性及安全控制按傳感元件分：應變片式、光學式、壓電、電容式等柔性傳感器利用柔性材料的物理特性，將外部的力學量轉換為電信息延展性、變形性實現與環境接觸力、溫軟硬等特性的檢測采用微電子和微機械加工技術制造，將這些物理量轉化為電信號進行處理體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、易于集成和實現智能化集成于指尖，提供高靈敏度接觸反饋（如抓取 數據來源：第二曲線創新研究院，本末研究，孫永軍《空間機械臂六維力/力矩傳感器及其在線標定的研究》，東吳證券研究所20感知方案：從原理來看，技術路線多樣n力覺、觸覺傳感器按照原理可分為光電式、壓電式、電容式、壓阻式、霍爾效應式、摩擦電式、應變式等多種類型。其中，霍爾效應式和摩擦電式主要應用于柔性傳感器中，應變式主要應用于力/力矩傳感器中。n當前，除了力/力矩傳感器的技術路線基本收斂至應變片式，柔性傳感器和MEMS壓力傳感器的技術路線暫未確定，為多軌并行。類型原理優點缺點通過彈性體的變形調制光波，使接收器接收到荷輸出線性度好，精度高，耐久性好；剛度大； 數據來源：全產業鏈研究、思瀚研究院，東吳證券研究所21力/力矩傳感器：應變式六維力矩傳感器為主流n應變式六維力矩傳感器由于具有良好的線性度、較高的精度，擁有多維解析能力，為當前靈巧手主流力覺傳感器方案。n力/力矩傳感器按照維度可分為一維、三維、六維。一維力傳感器專為單向力檢測設計，要求受力方向與坐標軸軸線方向完全一致且作用點恒定；三維力傳感器可應用于力的方向隨機變化的場景，但要求力的作用點固定且與標定參考點重合n六維力傳感器突破上述兩種傳感器的限制，適用于力的作用點和方向隨機變化的場景，可實現全維度的感知，因而具有最強的解析能力，主要應用于靈巧手的手腕。以特斯拉Optimus為例，其手腕關節需要配置2個六維力傳感器。 數據來源：第二曲線創新研究院，劉洋《機器人手可穿戴的壓阻式柔性觸覺傳感器結構設計及其研制》，X-MOL，東吳證券研究所22柔性傳感器：人機交互與環境感知的核心環節n柔性傳感器是可分為敏感層、電極層、基底層、封裝層、粘合層5層，這一結構使得柔性觸覺傳感器不僅具備高靈敏度和廣泛感知范圍，還能在動態彎曲、拉伸等極端條件下保持穩定輸出。n柔性傳感器一般被安裝在靈巧手每根手指的第一關節和第二關節，根據部位調整傳感元件數量。比如中指和食指由于尺寸較大，需要支持的功能較多，因此需要裝配3個傳感元元件，而大拇指只需要裝配2個。n柔性傳感器的核心是提高靈敏度、穩定性和集成化。其中，1）穩定性是最大的挑戰，需要有效的封裝材料和策略以解決與溫度相關的不穩定性和機械變形帶來的損壞和疲勞；2）陣列集成則要求柔性傳感器具有緊湊又簡單的設計、高密度集成化、可尋址性等特點， 數據來源：楊俊《用于人工指尖觸覺感應的柔性MEMS電容式壓力傳感器研究》，郭威等《MEMS壓阻式壓力傳感器--》，航凱微電，東吳證券研究所23MEMS壓力傳感器：柔性有待提高，多用于指尖nMEMS壓力傳感器基于微機電技術制造，利用集成化的機械系統測量和感知各種物理量一般由一個薄膜和一個固定電極組成。當壓力作用于薄膜時，電路組件之間的電容會改變，并通過傳感器轉別為電信號，廣泛應用于汽車、航空航天等領域。n近年來隨著人形機器人對觸覺傳感器提出新要求，MEMS壓力傳感器開始向機器人領域拓展。相較于柔性傳感器，MEMS壓力傳感器一般采用硅基材料和金屬等硬質材料制造，生產成本較高，且缺乏柔性，無法單獨大規模應用在整個靈巧手上。n常見的MEMS壓力傳感器技術路線有電容式、壓阻式等，后者應用更為廣泛，技術更為成熟，多用于靈巧手指尖部位，或為短期落地最快的MEMS壓力觸覺傳感器之一。 數據來源：帕西尼官網，珊華深圳-SUNWA，楊俊《用于人工指尖觸覺感應的柔性MEMS電容式壓力傳感器研究》，東吳證券研究所24傳感方案：技術未收斂，向多模態進發n一元感知無法滿足人形機器人應用場景需求，多模態勢在必行。由于人形機器人的最終目的是走入人類社會，靈巧手作為其與外界社會直接交互的核心部件，需要具備多維感知能力，包括壓觸覺、溫濕度、觸覺等。n多維觸覺+視覺結合，感知能力持續升級。以帕西尼DexH13Gen2靈巧手為例，其在手部新增高清AI手眼相機，使得靈巧手在具備多種觸覺感知能力的基礎上，擁有視覺感知能力。n復合傳感器進程提速，實現互補。當前傳感器方案技術仍未收斂，力覺傳感器和觸覺傳感器在一定程度上也可實現互相替換，故而掀起復合傳感器研發浪潮。例如將MEMS技術融入應變式六維傳感器中，使得其同時實現小型化與高負載特性；將柔性材料融入MEMS壓力傳感器中，以彌MEMS傳感器缺乏柔性的缺點。3.從特斯拉靈巧手迭代展望未來趨勢特斯拉：靈巧手方案未定，關注技術收斂增量n第三代靈巧手驅動、傳動方案有所改變。2024年11月OptimusGen3靈巧手更新并展示，3+2+2+2+2=11）。其中，結構變化點有：1）電機：從手掌內移至手臂小臂里，拓寬空間的同時將部分空心杯電機替換為成本更低的無刷有槽電機；2）傳動：采用絲杠+腱繩的復合傳動方案，彌補精度的同時保證了高靈活性。n迭代進程加速，復雜任務完成度較高。2024年11月，特斯拉基于第三代靈巧手發布Optimus接網球視頻，主要受益于自由度和精度綜合能力的提升，與特斯拉靈巧手技術方案切換相關程度較大。圖：第三代特斯拉靈巧手傳動方案切換圖：特斯拉Optimus可完成接網球動作 數據來源：人形機器人世界，東吳證券研究所26特斯拉：靈巧手方案未定，關注技術收斂增量n從特斯拉三代靈巧手演變角度看，靈巧手向高自由度、多模態趨勢演變，降本步入初期。特斯拉當前第三代靈巧手擁有22個自由度，較第一代和第二代實現翻倍。為了保證高自由度靈巧手的靈活性，其將腱繩+蝸輪蝸桿的傳動方案替換為腱繩+微型絲杠。相較于蝸輪蝸桿而言,微型絲杠的精度更高，可以提升精細化操作能力。從感知方案看，第二代和第三代較第一代均做了加法：第二代在指尖新增觸覺傳感器；第三代在第二代的基礎上將觸覺傳感器覆蓋整個靈巧手，并集成AI視覺系統。從驅動方案看，得益于執行器的外移，靈巧手空間釋放或將使得無刷有齒槽電機+空心杯電機結合的驅動方案被采用，其可在精度犧牲不大的情況下降低靈巧手成本，有益于前期簡單場景的量產落地。表：特斯拉靈巧手迭代歷程第二代靈巧手應用于工廠環境，支持20磅 數據來源：人形機器人世界，星河頻率，L進化論，東吳證券研究所27國內外靈巧手技術路線梳理n國內外主機廠方案基本收斂至電驅動+高自由度；傳動方式各異和傳感器方案各異，但后者已有向多模態感知發展的趨勢。44巧手迭代歷巧手迭代歷程程473-365缸-65缸5--55555 數據來源：各公司官網，機器人新時代，機器人大講堂，AI行研局，機器人產業應用，東吳證券研究所28第四章投資建議及風險提示n投資建議：靈巧手作為人形機器人核心零部件，是其融入社會的重要一環。高精度的靈巧手可以使得人形機器人完成更多精細化且復雜的任務。當前，靈巧手價值量較高，電機、微型絲杠、腱繩、傳感器4個部分成本占比較高。同時，靈巧手方案多樣，大部分路線仍未收斂，因此需要綁定頭部廠商，以保證路線的及時切換與更新。推