深度报告-20250325-五矿证券-机械设备_灵巧手硬件的五大方向_29页_2mb

灵巧手硬件的五大方向总结

核心内容

灵巧手是人形机器人实现泛化操作的核心部件，其重要性体现在以下几个方面：

1. 泛化性体现：灵巧手是人形机器人执行复杂任务的关键。
2. 成本占比高：灵巧手成本约占人形机器人整机成本的 $20% - 30%$。
3. 技术瓶颈：当前灵巧手在软硬件方面仍有较大优化空间。
4. AI数据闭环：灵巧手作为人形机器人与外界交互的桥梁，是采集物理世界数据的重要窗口。

主要观点

1. 灵巧手三大传动方案

• 齿轮传动：电机内置，结构紧凑，但手指粗大、控制复杂。
• 连杆传动：结构坚固、易维护，但柔性不足，装配复杂。
• 腱绳传动：实现高自由度，灵活拟人，但存在寿命短、控制复杂等问题。

2. 国内外企业方案对比

• 国内企业：多采用连杆传动，如兆威机电、因时、灵心巧手。
• 海外企业：更倾向于腱绳传动，如特斯拉、ILDA、DLR Hand Arm System。
• 特斯拉：采用腱绳方案，实现22个自由度，具备高灵活性。
• 因时：基于微型伺服丝杠，实现11个自由度，具备高精度。
• 灵心巧手：推出多种自由度产品，如Linker Hand Ultra（25+自由度）和Linker Hand O7（7自由度）。

3. 灵巧手硬件五大方向

我们重点关注以下五大方向：

• 微型电机：BOM成本占比高，价值量显著。空心杯电机与无刷直流电机是主流方案。
• 驱控芯片：国产替代空间广阔，具备高性能、低功耗、高集成等优势。
• 微型丝杠：用量有望大幅提升，滚珠丝杠和行星滚柱丝杠是主要类型。
• 腱绳：绳驱方案的短板，需高强度、耐久性、抗蠕变等性能。
• 触觉传感器：稀缺的价值增量环节，未来将覆盖手掌甚至整手，使用量大幅提升。

关键信息

1. 微型电机

• 主要使用空心杯电机和无刷直流电机。
• 空心杯电机无铁芯转子，体积小、重量轻、控制精度高。
• 无刷直流电机成本更低，寿命更长，效率更高。
• BOM成本占比高，单手17个主动自由度对应的电机价值量可达2.43万元。

2. 驱控芯片

• 驱控芯片包括MCU、驱动芯片、功率器件、传感器等。
• 驱控芯片国产化率低，国产替代空间广阔。
• 峰昭科技具备驱控芯片一体化方案，可降低成本和元器件面积。
• 电机驱控芯片行业逐步走向单芯高集成，提升整体性能。

3. 微型丝杠

• 微型丝杠与高精度减速器、空心杯电机、传感器集成，实现驱控一体化。
• 滚珠丝杠是主流选择，具有高精度、高效率、低噪音等优点。
• 行星滚柱丝杠性能更优，但加工难度高，成本较高。
• 国内厂商如诺仕机器人、因时机器人、新剑传动等已实现部分量产。

4. 腱绳

• 腱绳是绳驱方案的关键，需具备高强度、耐久性、抗蠕变等特性。
• 主流方案包括钢丝绳和超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）。
• 钢丝绳强度较低、寿命短，UHMWPE纤维强度高但耐高温和抗蠕变性能不足。
• UHMWPE纤维已实现国产化，但高端产品仍依赖进口。

5. 触觉传感器

• 触觉传感器是实现灵巧操作的关键，包括MEMS和柔性传感器。
• MEMS传感器技术成熟，成本低，是当前主流。
• 柔性传感器（电子皮肤）具有高灵敏度、低厚度、多感应点等优势。
• 触觉传感器未来将覆盖手掌甚至整手，市场规模有望达到30~40亿元/年。

投资建议

• 兆威机电：具备灵巧手整体设计和一体化供应能力，推荐关注。
• 五洲新春：布局行星滚柱丝杠和微型丝杠，具备热处理和精密加工能力。
• 峰昭科技：深耕电机控制芯片，具备高性能、低功耗、高集成等优势。

风险提示

• 产业量产进度不及预期。
• 技术路线变化的风险。
• 产品价格大幅下降的风险。

图表目录

• 图表1：夹爪VS灵巧手
• 图表2：灵巧手分类
• 图表3：灵巧手三大传动方式对比
• 图表4：DLR-HIT-Hand第一代（左）和第二代（右）
• 图表5：DLR-HIT-HandII的手指结构
• 图表6：KITECH-hand使用的伺服电机
• 图表7：KITECH-hand手部结构
• 图表8：ILDA灵巧手的连杆设计
• 图表9：ILDA灵巧手手指的零部件
• 图表10：Robonaut2灵巧手
• 图表11：R2手指的驱动器结构
• 图表12：R2手的电机布置
• 图表13：R2安装了传感器测量腱绳在管道中的张力
• 图表14：DLR Hand Arm System前臂集成了大量的电机
• 图表15：DLR Hand Arm System
• 图表16：拮抗驱动设计方案
• 图表17：DLR Hand Arm System手的掌指关节
• 图表18：特斯拉第一代灵巧手手指零部件
• 图表19：特斯拉第一代灵巧手采用蜗轮蜗杆
• 图表20：特斯拉WEROBOT活动展示的新一代灵巧手
• 图表21：因时灵巧手内部结构
• 图表22：Linker Hand Ultra
• 图表23：Linker Hand O7
• 图表24：灵心巧手产品展示
• 图表25：兆威灵巧手伺服系统
• 图表26：兆威机电灵巧手
• 图表27：市场灵巧手方案对比
• 图表28：无刷空心杯电机VS有刷空心杯电机
• 图表29：无刷空心杯电机结构
• 图表30：有刷空心杯电机结构
• 图表31：空心杯电机绕线方式
• 图表32：直流无刷电机价格显著低于空心杯电机
• 图表33：有刷直流电机VS无刷直流电机
• 图表34：电机驱动控制示意图
• 图表35：电机控制板
• 图表36：峰昭科技的方案可以降低成本、减少元器件面积
• 图表37：峰昭科技的芯片集成角度传感器
• 图表38：峰昭科技的关节方案
• 图表39：2023年中国市场前十大BLDC电机主控及驱动芯片公司
• 图表40：因时的微型伺服电缸
• 图表41：行星滚柱丝杠的指标优势
• 图表42：全球代表性行星滚柱丝杠企业区域分布
• 图表43：中国行星滚柱丝杠市场竞争格局
• 图表44：灵巧手用的微型行星滚柱丝杠
• 图表45：灵巧手微分行星滚柱丝杠
• 图表46：机器人用钢丝绳
• 图表47：聚乙烯的分类
• 图表48：高性能纤维对比
• 图表49：UHMWPE纤维的应用领域
• 图表50：UHMWPE产能（万吨）
• 图表51：中国超高分子量聚乙烯十年发展对比
• 图表52：触觉传感器的分类
• 图表53：帕西尼的MEMS传感器
• 图表54：某压阻式传感器制作工艺流程图
• 图表55：智元机器人的视触觉传感器
• 图表56：Digit360视触觉传感器
• 图表57：不同原理柔性触觉传感器对比
• 图表58：四种典型柔性触觉传感器示意图
• 图表59：部分触觉传感器企业

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