人形機(jī)器人行業(yè)深度報(bào)告：靈巧手持續(xù)迭代關(guān)注技術(shù)路線收斂中的邊際增量

——人形機(jī)器人行業(yè)深度報(bào)告證券分析師：黃細(xì)里證券分析師：郭雨蒙n下游場(chǎng)景推動(dòng)靈巧手向仿人手迭代，市場(chǎng)前景廣闊。2024年靈巧手市場(chǎng)規(guī)模達(dá)17.06億美元，預(yù)計(jì)2025/2030年將增至19.21/30.36億美元。工業(yè)機(jī)器人常用二指靈巧手執(zhí)行簡(jiǎn)單夾取，人形機(jī)器人需求促使其向4指/5指及高自由度發(fā)展。n從驅(qū)動(dòng)方案來(lái)看，欠驅(qū)動(dòng)、外置/混合置+電驅(qū)為主流，電機(jī)或由空心杯向無(wú)刷有齒槽切換。具體來(lái)看，1）欠驅(qū)動(dòng)靠犧牲精度來(lái)降本和加速落地，應(yīng)用更為廣泛；2）外置驅(qū)動(dòng)器和混合置犧牲一定精度短期簡(jiǎn)單場(chǎng)景落地更快。3）電驅(qū)動(dòng)因模塊化設(shè)計(jì)、精度高等特點(diǎn)為當(dāng)前主流方案。4）特斯拉第三代靈巧手以無(wú)刷有齒槽電機(jī)替換部分空心杯電機(jī)，電機(jī)方案或?qū)⑶袚Q。n傳動(dòng)方案涵蓋齒輪/蝸輪蝸桿、連桿、絲杠、腱傳動(dòng)桿四類，各有優(yōu)劣，均可映射至實(shí)際產(chǎn)品。其中，腱繩+絲杠復(fù)合傳動(dòng)可在保證靈活性的基礎(chǔ)上提高傳動(dòng)精度，映射產(chǎn)品為特斯拉第三代靈巧手，契合未來(lái)趨勢(shì)。n從感知方案來(lái)看，多模態(tài)是既定趨勢(shì)。1）力/力矩傳感器趨于應(yīng)變片式并向六維發(fā)展；2）柔性傳感器（電子皮膚）技術(shù)路線多元，聚焦提升靈敏性和穩(wěn)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(qū)主流，實(shí)現(xiàn)自由度翻倍、傳動(dòng)升級(jí)、驅(qū)動(dòng)切換及多模態(tài)感知突破。國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品普遍追求高自由度與多模態(tài)感知，凸顯行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。n投資建議：推薦減速器+絲杠鏈企業(yè)【福達(dá)股份】，關(guān)注微型絲杠鏈【浙江榮泰】、【五洲新春】、【震裕科技】，關(guān)注腱繩鏈【大業(yè)股份】、【南山智尚】，推薦T鏈頭部企業(yè)【拓普集團(tuán)】。n風(fēng)險(xiǎn)提示：人形機(jī)器人核心技術(shù)發(fā)展不及預(yù)期；人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化落地進(jìn)程不及預(yù)期；人形機(jī)器人零部件行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加??；人形機(jī)器人技術(shù)路線變更。224.投資建議及風(fēng)險(xiǎn)提示33441.靈巧手：人形機(jī)器人與外界交互的媒介 數(shù)據(jù)來(lái)源：江蘇遠(yuǎn)恒教育，因時(shí)機(jī)器人官網(wǎng)，東吳證券研究所5n靈巧手是一種末端執(zhí)行器，相較于傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，其將手腕連接處的工具替換為手爪。n人形機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景更為復(fù)雜，對(duì)靈巧手精細(xì)化提出要求，使得其從雙指/多指向五指仿人手進(jìn)行迭代。應(yīng)用于工業(yè)機(jī)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(jiǎn)單工作；而人形機(jī)器人的靈巧手需要實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)化的功能，比如捏取易碎物品、可適應(yīng)不同物品的特性和形狀等，故而要求其為仿人手打造。 數(shù)據(jù)來(lái)源：蘿卜易機(jī)器人，焉知人形機(jī)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(dòng)態(tài)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(cè)捏等。手的功能建立在手與上肢的皮膚、筋膜、關(guān)節(jié)、肌肉等“執(zhí)行器官”完整的基礎(chǔ)上，并實(shí)現(xiàn)于神經(jīng)系統(tǒng)多層級(jí)的精密調(diào)控與信息整合處理。n人手自由度共有21個(gè)（不考慮手腕關(guān)節(jié)）：從解刨學(xué)角度看前端四指每個(gè)手指有4個(gè)自由度,其中掌指關(guān)節(jié)(MCP)具有2個(gè)軸線垂直相交的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，合計(jì)16個(gè)；大拇指5個(gè)，合計(jì)21個(gè)。n靈巧手為了實(shí)現(xiàn)人手所能實(shí)現(xiàn)的功能，也要求具備與人手相差無(wú)幾的自由度，以特斯拉OptimusGen3為例，預(yù)計(jì)擁有22個(gè)自由度。 數(shù)據(jù)來(lái)源：CAAI認(rèn)知系統(tǒng)與信息處理專委會(huì)，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(yīng)用場(chǎng)景n靈巧手種類多樣，在精度、靈活性、成本等多方面各有優(yōu)劣：1）按照自由度數(shù)量可分為全驅(qū)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)；2）按照驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可分為驅(qū)動(dòng)器外置、內(nèi)置或混合制；按照具體驅(qū)動(dòng)方式可進(jìn)一步細(xì)分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)；3）按照機(jī)械傳動(dòng)形式可分為腱傳動(dòng)、連桿傳動(dòng)、齒輪/渦輪蝸桿傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)；4）按照感知技術(shù)可分為內(nèi)部感知和外部感知。 數(shù)據(jù)來(lái)源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，東吳證券研究所8n靈巧手價(jià)值量較高，以前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，預(yù)計(jì)靈巧手價(jià)值量占整機(jī)的10-20%左右，是成本占比最高的零部件之一。中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)顯示，2024年靈巧手市場(chǎng)容量為76.01萬(wàn)只，隨著靈巧手功能持續(xù)完善，疊加下游人形機(jī)器人的放量，預(yù)計(jì)2025年靈巧手市場(chǎng)容量將達(dá)86.18萬(wàn)只，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模為19.21億美元；2030年預(yù)計(jì)分別為141.21萬(wàn)只、30.36億美元，5年復(fù)合增長(zhǎng)率分別為10.38%、9.59%。圖：靈巧手市場(chǎng)容量預(yù)測(cè)992.靈巧手方案百花齊放，路線仍未收斂 數(shù)據(jù)來(lái)源：劉菲等《彈性欠驅(qū)動(dòng)四指靈巧手設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)》，陶世減速機(jī)，知乎-任賾宇《欠驅(qū)動(dòng)or全驅(qū)動(dòng)？》，東吳證券研究所10n按自由度，靈巧手分為全驅(qū)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)。其中，全驅(qū)動(dòng)指靈巧手的每一個(gè)自由度都配備一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行器；欠驅(qū)動(dòng)指靈巧手的自由度數(shù)量大于所配備的執(zhí)行器數(shù)量。n全驅(qū)動(dòng)靈巧手可通過(guò)獨(dú)立的執(zhí)行器分別來(lái)操縱靈巧手的各個(gè)關(guān)節(jié)臂部位，精度更高，具備更強(qiáng)的適應(yīng)性，但成本更高、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜；欠驅(qū)動(dòng)靈巧手通過(guò)有限的驅(qū)動(dòng)單元來(lái)拉動(dòng)其余不具備執(zhí)行器的部位，精度較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本較低，可以滿足大部分特定場(chǎng)景。n由于全驅(qū)動(dòng)靈巧手壁壘較高，當(dāng)前，以欠驅(qū)動(dòng)靈巧手為主流方案的廠商更多。部分廠商將全驅(qū)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，在功能性要求較高的手指（食指等）上采用全驅(qū)動(dòng)方案，在功能性要求較低的手指（小拇指等）上采用欠驅(qū)動(dòng)方案，以滿足精度和成本要求。 數(shù)據(jù)來(lái)源：Festo官網(wǎng)，舵輪加驅(qū)控V不走尋常路，焉知人形機(jī)器人，東吳證券研究所11n按驅(qū)動(dòng)器所在位置可以把靈巧手分為外置和內(nèi)置兩種，混合置應(yīng)運(yùn)而生。其中，1）外置指將驅(qū)動(dòng)器放在手部外部或手臂上，使手指更為纖細(xì)并且可以采用更大功率的驅(qū)動(dòng)器以滿足手指抓取的需求，但同時(shí)具有精度較低、無(wú)法反映手指關(guān)節(jié)位置和驅(qū)動(dòng)力的缺點(diǎn)；2）內(nèi)置指將驅(qū)動(dòng)器集成在手指內(nèi)部，具有更高的精度，但集成式驅(qū)動(dòng)器會(huì)導(dǎo)致靈巧手的體積變大，會(huì)影響其靈活度；3）混合置指將主要的驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置，便于精確控制，將輔助的驅(qū)動(dòng)器外置便于提高抓取力。雖然混合置結(jié)合了內(nèi)置和外置的一部分優(yōu)點(diǎn)，但其由于部分驅(qū)動(dòng)器外置，仍需要采用腱傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較大。n當(dāng)前內(nèi)置雖為當(dāng)前市場(chǎng)的主流方案，但從短期來(lái)看，采用外置和混合置方案的靈巧手負(fù)載能力更強(qiáng)，ToB簡(jiǎn)單場(chǎng)景落地更快。隨著后續(xù)技術(shù)的不斷優(yōu)化，精細(xì)化場(chǎng)景需求提升，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置式靈巧手需求量也將上升 數(shù)據(jù)來(lái)源：章華《全驅(qū)動(dòng)機(jī)械靈巧手的設(shè)計(jì)與分析》，馬凝《全驅(qū)動(dòng)五指靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的研究》，東吳證券研究所12驅(qū)動(dòng)方案：電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主流方案n按照驅(qū)動(dòng)方式，靈巧手可分為電驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)（SMA）。n相較于其余驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)前電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主流，其具備控制精度高、響應(yīng)速度快、模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，適用于較為精密的工作場(chǎng)景，與人形機(jī)器人更契合。液壓驅(qū)動(dòng)雖然工藝成熟，具有負(fù)載大的優(yōu)點(diǎn)，但控制精度較低、響應(yīng)速度慢，與工業(yè)機(jī)械更契合。驅(qū)動(dòng)類型電驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)控制精度高、響應(yīng)速度快、模塊化設(shè)計(jì)易于操作、重量輕、造價(jià)低使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕噪聲小、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕缺點(diǎn)功率密度低無(wú)法精確運(yùn)動(dòng)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器裝備困難控制精度低、響應(yīng)速度慢、體積大工作效率低、易發(fā)生疲軟典型產(chǎn)品特斯拉Optimus靈巧手Shadow靈巧手、Utah/M.I.T.靈巧手德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)STEFANSCHULZ團(tuán)隊(duì)產(chǎn)品Hitachi靈巧手 數(shù)據(jù)來(lái)源：觀研天下，東吳證券研究所13驅(qū)動(dòng)方案：空心杯或向無(wú)刷有齒槽切換n電驅(qū)動(dòng)靈巧手所采用的電機(jī)可分為空心杯電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、無(wú)框力矩電機(jī)三大類。n空心杯電機(jī)因其體積小、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)勢(shì)為當(dāng)前靈巧手電機(jī)主流方案，典型產(chǎn)品為特斯拉一代靈巧手；無(wú)框力矩電機(jī)可以提高部件的負(fù)載能力，在人形機(jī)器人手臂中用量較多，與靈巧手的精細(xì)化場(chǎng)景匹配度較低且成本較高，當(dāng)前應(yīng)用較少。n無(wú)刷有齒槽電機(jī)是無(wú)刷直流電機(jī)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(jī)從手部移到小臂，空間的釋放使得無(wú)刷有齒槽電機(jī)的應(yīng)用空間顯現(xiàn)。雖然其相較空心杯電機(jī)而言，在響應(yīng)速度和精度上略有不足，但成本較低、使用壽命較長(zhǎng)，順應(yīng)靈巧手降本趨勢(shì)?？招谋姍C(jī)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)框力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)屬于直流永磁的伺服、控制電機(jī)。無(wú)外殼設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子和定子直接集成到負(fù)載軸原理線圈與永磁場(chǎng)直接作用，無(wú)鐵芯摩擦，無(wú)無(wú)渦流造成電能損耗，且因重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低而減少轉(zhuǎn)子自身機(jī)械能消耗磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的換向。基于電磁感應(yīng)，精確控制定子繞阻電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)相互作用，無(wú)框結(jié)構(gòu)優(yōu)化磁場(chǎng)分布和力矩傳遞效率。超高響應(yīng)速度（毫秒級(jí)）、輕量化、高效率高效率（可達(dá)90%以上）、長(zhǎng)壽命（無(wú)電刷磨損）、低噪音效率在80%-90%，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較低非常高，可達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較高，但通常在10000轉(zhuǎn)以下通常在每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)以下，側(cè)重穩(wěn)定力矩啟動(dòng)、制動(dòng)迅速，相應(yīng)極快，機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于28ms小于無(wú)刷空心杯電機(jī)較低，無(wú)電刷摩擦及換向電流噪聲小運(yùn)行穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，作為微型電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速波動(dòng)能夠容易地控制在2%以內(nèi)。穩(wěn)定性較好 數(shù)據(jù)來(lái)源：肖曙《諧波傳動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩估計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究》，桂偉《精密行星減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)可靠性分析》，沐風(fēng)機(jī)械，東吳證券研究所14傳動(dòng)方案：齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率高體積大n齒輪傳動(dòng)一般由微型減速器帶動(dòng)齒輪組實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。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(dòng)精度較高，一般用于指關(guān)節(jié)；行星減速器承載能力強(qiáng)，一般用于手部，且成本較低。n蝸輪蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，具備傳動(dòng)效率高且穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。n齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)均將旋轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，雖然驅(qū)動(dòng)較為靈活，但均有結(jié)構(gòu)冗雜，笨重，柔性不足，抗沖擊性能較弱的缺點(diǎn)。表：諧波減速器和行星減速器對(duì)比圖：蝸輪蝸桿傳動(dòng)示諧波減速器行星減速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少，傳動(dòng)比高，傳動(dòng)精度高承載能力強(qiáng)，成本較低散熱條件差，成本高傳動(dòng)精度較諧波減速器略低適用部位 數(shù)據(jù)來(lái)源：嚴(yán)璽《仿人靈巧手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制研究》，小米技術(shù)，東吳證券研究所15傳動(dòng)方案：連桿傳動(dòng)承載力高但效率低n連桿傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)一系列剛性或半剛性的連桿組件將動(dòng)力源的運(yùn)動(dòng)傳遞到末端執(zhí)行器，并以此實(shí)現(xiàn)手指的運(yùn)動(dòng)。相較于齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)，其通過(guò)損失一定的傳動(dòng)效率來(lái)提高靈巧手的承載力，具有剛度好、加工制造容易、傳動(dòng)精度較高，可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)點(diǎn)。但與齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)類似，連桿傳動(dòng)方案同樣具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、抗沖擊能力弱的缺點(diǎn)。n當(dāng)前采用連桿傳動(dòng)方案的典型產(chǎn)品有BeBionicHand、因時(shí)機(jī)器人-RH56DFX等。 數(shù)據(jù)來(lái)源：精密傳動(dòng)與控制，行行查研究中心，焉知人形機(jī)器人，Alex的干貨小屋，東吳證券研究所16傳動(dòng)方案：絲杠傳動(dòng)精度高柔性差n絲杠傳動(dòng)與齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)相同，也將旋轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，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(dāng)前人形機(jī)器人精細(xì)化場(chǎng)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(dòng)雖然精度較高，但是柔性較差，靈活性有待提高。通過(guò)多個(gè)行星滾柱分擔(dān)載荷強(qiáng) 數(shù)據(jù)來(lái)源：嚴(yán)璽《仿人靈巧手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制研究》，小米技術(shù)，電機(jī)新材料，東吳證券研究所17傳動(dòng)方案：腱傳動(dòng)靈活但精度低n腱傳動(dòng)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(dòng)介質(zhì)，利用滑輪或卷繞機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。這種方式能夠大幅減少系統(tǒng)重量，提高靈活性，同時(shí)降低摩擦損耗，使得靈巧手的動(dòng)作更加平滑自然。n腱傳動(dòng)因布置形式多變而具有不同結(jié)構(gòu)，目前常見的結(jié)構(gòu)有腱-腱鞘式、等徑滑輪式、帶輪傳動(dòng)式三種。腱傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，但精度相對(duì)較低且腱繩易磨損，壽命有限。傳動(dòng)方案原理簡(jiǎn)圖 數(shù)據(jù)來(lái)源：行研雜談，公司公告，東吳證券研究所18傳動(dòng)方案：微型絲杠+腱繩傳動(dòng)為1+1>2n微型絲杠+腱傳動(dòng)復(fù)合方案實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。在傳動(dòng)方案中，絲杠的傳動(dòng)效率和精度綜合能力更強(qiáng)，與人形機(jī)器人前期的精密裝配應(yīng)用場(chǎng)景契合，靈活性較差但可通過(guò)腱繩來(lái)彌補(bǔ)；而腱傳動(dòng)的靈活性更強(qiáng)，符合靈巧手自由度逐步提高的趨勢(shì)，精度較低但可通過(guò)微型絲杠來(lái)彌補(bǔ)。因此，微型絲杠+腱傳動(dòng)復(fù)合方案應(yīng)運(yùn)而生。n技術(shù)路線逐漸收斂，關(guān)注微型絲杠+腱繩企業(yè)。特斯拉OptimusGen3靈巧手采用行星齒輪箱+微型絲杠+腱繩傳動(dòng)方案，技術(shù)路線進(jìn)一步迭代。國(guó)內(nèi)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(shè)行星滾柱絲杠、微型滾珠絲杠等產(chǎn)能；震裕科技微型絲杠產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)送樣；大業(yè)股份聯(lián)合高校和客戶開發(fā)腱繩新產(chǎn)品。圖：微型絲杠+腱繩復(fù)合方案表：微 數(shù)據(jù)來(lái)源：人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)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(jī)器人模仿人類感知的產(chǎn)品，是人形機(jī)器人與外界實(shí)現(xiàn)交互的重要零部件，其在靈巧手上的應(yīng)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(zhǔn)抓取和搬運(yùn)物體；2）柔性傳感器又稱為“電子皮膚”可以用來(lái)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(yīng)用場(chǎng)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(cè)系統(tǒng)感知本體的應(yīng)變或形變，通過(guò)電路將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電壓，通過(guò)測(cè)量電壓值來(lái)表征力/力矩大小，并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)高精度交互、環(huán)境適應(yīng)性及安全控制按傳感元件分：應(yīng)變片式、光學(xué)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(xué)量轉(zhuǎn)換為電信息延展性、變形性實(shí)現(xiàn)與環(huán)境接觸力、溫軟硬等特性的檢測(cè)采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造，將這些物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)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(shí)現(xiàn)智能化集成于指尖，提供高靈敏度接觸反饋（如抓取 數(shù)據(jù)來(lái)源：第二曲線創(chuàng)新研究院，本末研究，孫永軍《空間機(jī)械臂六維力/力矩傳感器及其在線標(biāo)定的研究》，東吳證券研究所20感知方案：從原理來(lái)看，技術(shù)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(yīng)式、摩擦電式、應(yīng)變式等多種類型。其中，霍爾效應(yīng)式和摩擦電式主要應(yīng)用于柔性傳感器中，應(yīng)變式主要應(yīng)用于力/力矩傳感器中。n當(dāng)前，除了力/力矩傳感器的技術(shù)路線基本收斂至應(yīng)變片式，柔性傳感器和MEMS壓力傳感器的技術(shù)路線暫未確定，為多軌并行。類型原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)通過(guò)彈性體的變形調(diào)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(shù)據(jù)來(lái)源：全產(chǎn)業(yè)鏈研究、思瀚研究院，東吳證券研究所21力/力矩傳感器：應(yīng)變式六維力矩傳感器為主流n應(yīng)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(dāng)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(cè)設(shè)計(jì)，要求受力方向與坐標(biāo)軸軸線方向完全一致且作用點(diǎn)恒定；三維力傳感器可應(yīng)用于力的方向隨機(jī)變化的場(chǎng)景，但要求力的作用點(diǎn)固定且與標(biāo)定參考點(diǎn)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(diǎn)和方向隨機(jī)變化的場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)全維度的感知，因而具有最強(qiáng)的解析能力，主要應(yīng)用于靈巧手的手腕。以特斯拉Optimus為例，其手腕關(guān)節(jié)需要配置2個(gè)六維力傳感器。 數(shù)據(jù)來(lái)源：第二曲線創(chuàng)新研究院，劉洋《機(jī)器人手可穿戴的壓阻式柔性觸覺傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其研制》，X-MOL，東吳證券研究所22柔性傳感器：人機(jī)交互與環(huán)境感知的核心環(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)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(dòng)態(tài)彎曲、拉伸等極端條件下保持穩(wěn)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(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)，根據(jù)部位調(diào)整傳感元件數(shù)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(gè)傳感元元件，而大拇指只需要裝配2個(gè)。n柔性傳感器的核心是提高靈敏度、穩(wěn)定性和集成化。其中，1）穩(wěn)定性是最大的挑戰(zhàn)，需要有效的封裝材料和策略以解決與溫度相關(guān)的不穩(wěn)定性和機(jī)械變形帶來(lái)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(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、高密度集成化、可尋址性等特點(diǎn)， 數(shù)據(jù)來(lái)源：楊俊《用于人工指尖觸覺感應(yīng)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(jī)電技術(shù)制造，利用集成化的機(jī)械系統(tǒng)測(cè)量和感知各種物理量一般由一個(gè)薄膜和一個(gè)固定電極組成。當(dāng)壓力作用于薄膜時(shí)，電路組件之間的電容會(huì)改變，并通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)別為電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天等領(lǐng)域。n近年來(lái)隨著人形機(jī)器人對(duì)觸覺傳感器提出新要求，MEMS壓力傳感器開始向機(jī)器人領(lǐng)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(zhì)材料制造，生產(chǎn)成本較高，且缺乏柔性，無(wú)法單獨(dú)大規(guī)模應(yīng)用在整個(gè)靈巧手上。n常見的MEMS壓力傳感器技術(shù)路線有電容式、壓阻式等，后者應(yīng)用更為廣泛，技術(shù)更為成熟，多用于靈巧手指尖部位，或?yàn)槎唐诼涞刈羁斓腗EMS壓力觸覺傳感器之一。 數(shù)據(jù)來(lái)源：帕西尼官網(wǎng)，珊華深圳-SUNWA，楊俊《用于人工指尖觸覺感應(yīng)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(shù)未收斂，向多模態(tài)進(jìn)發(fā)n一元感知無(wú)法滿足人形機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景需求，多模態(tài)勢(shì)在必行。由于人形機(jī)器人的最終目的是走入人類社會(huì)，靈巧手作為其與外界社會(huì)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(jié)合，感知能力持續(xù)升級(jí)。以帕西尼DexH13Gen2靈巧手為例，其在手部新增高清AI手眼相機(jī)，使得靈巧手在具備多種觸覺感知能力的基礎(chǔ)上，擁有視覺感知能力。n復(fù)合傳感器進(jìn)程提速，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。當(dāng)前傳感器方案技術(shù)仍未收斂，力覺傳感器和觸覺傳感器在一定程度上也可實(shí)現(xiàn)互相替換，故而掀起復(fù)合傳感器研發(fā)浪潮。例如將MEMS技術(shù)融入應(yīng)變式六維傳感器中，使得其同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化與高負(fù)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(diǎn)。3.從特斯拉靈巧手迭代展望未來(lái)趨勢(shì)特斯拉：靈巧手方案未定，關(guān)注技術(shù)收斂增量n第三代靈巧手驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)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(jié)構(gòu)變化點(diǎn)有：1）電機(jī)：從手掌內(nèi)移至手臂小臂里，拓寬空間的同時(shí)將部分空心杯電機(jī)替換為成本更低的無(wú)刷有槽電機(jī)；2）傳動(dòng)：采用絲杠+腱繩的復(fù)合傳動(dòng)方案，彌補(bǔ)精度的同時(shí)保證了高靈活性。n迭代進(jìn)程加速，復(fù)雜任務(wù)完成度較高。2024年11月，特斯拉基于第三代靈巧手發(fā)布Optimus接網(wǎng)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(shù)方案切換相關(guān)程度較大。圖：第三代特斯拉靈巧手傳動(dòng)方案切換圖：特斯拉Optimus可完成接網(wǎng)球動(dòng)作 數(shù)據(jù)來(lái)源：人形機(jī)器人世界，東吳證券研究所26特斯拉：靈巧手方案未定，關(guān)注技術(shù)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(tài)趨勢(shì)演變，降本步入初期。特斯拉當(dāng)前第三代靈巧手擁有22個(gè)自由度，較第一代和第二代實(shí)現(xiàn)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(dòng)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(xì)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(chǔ)上將觸覺傳感器覆蓋整個(gè)靈巧手，并集成AI視覺系統(tǒng)。從驅(qū)動(dòng)方案看，得益于執(zhí)行器的外移，靈巧手空間釋放或?qū)⑹沟脽o(wú)刷有齒槽電機(jī)+空心杯電機(jī)結(jié)合的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單場(chǎng)景的量產(chǎn)落地。表：特斯拉靈巧手迭代歷程第二代靈巧手應(yīng)用于工廠環(huán)境，支持20磅 數(shù)據(jù)來(lái)源：人形機(jī)器人世界，星河頻率，L進(jìn)化論，東吳證券研究所27國(guó)內(nèi)外靈巧手技術(shù)路線梳理n國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠方案基本收斂至電驅(qū)動(dòng)+高自由度；傳動(dòng)方式各異和傳感器方案各異，但后者已有向多模態(tài)感知發(fā)展的趨勢(shì)。44巧手迭代歷巧手迭代歷程程473-365缸-65缸5--55555 數(shù)據(jù)來(lái)源：各公司官網(wǎng)，機(jī)器人新時(shí)代，機(jī)器人大講堂，AI行研局，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，東吳證券研究所28第四章投資建議及風(fēng)險(xiǎn)提示n投資建議：靈巧手作為人形機(jī)器人核心零部件，是其融入社會(huì)的重要一環(huán)。高精度的靈巧手可以使得人形機(jī)器人完成更多精細(xì)化且復(fù)雜的任務(wù)。當(dāng)前，靈巧手價(jià)值量較高，電機(jī)、微型絲杠、腱繩、傳感器4個(gè)部分成本占比較高。同時(shí)，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(shí)切換與更新。推