靈巧手：人形機(jī)器人應(yīng)用落地的關(guān)鍵

靈巧手：人形機(jī)器人應(yīng)用落地的關(guān)鍵2024年9月25

日華安證券研究所證券研究報(bào)告

靈巧手結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜，

真實(shí)人手的單手自由度是21個(gè)，

機(jī)器人的靈巧手會(huì)根據(jù)特定場景簡化功能，

平衡成本和自由度的關(guān)系，

目

前特斯拉機(jī)器人單手自由度僅11個(gè)

。

靈巧手的性能和成本受其三大核心組件—驅(qū)動(dòng)

、

傳動(dòng)和傳感裝置的共同影響。

靈巧手有多種驅(qū)動(dòng)路線，

差異主要體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)形式和傳動(dòng)形式

。

驅(qū)動(dòng)源是影響靈巧手體積和重量的重要因素，

靈巧手模組的驅(qū)動(dòng)

方式包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)

、氣壓驅(qū)動(dòng)

、

液壓驅(qū)動(dòng)和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)

。

靈巧手的操作穩(wěn)定性和靈活性指標(biāo)主要取決于傳動(dòng)系統(tǒng)，

傳動(dòng)模

式包括連桿傳動(dòng)

、

腱繩傳動(dòng)

、

齒輪傳動(dòng)等

。

特斯拉目前驅(qū)動(dòng)方案采用的空心杯+行星減速箱+

編碼器+

驅(qū)動(dòng)器+傳感器的結(jié)構(gòu)，

傳

動(dòng)方案采用的是金屬腱繩+蝸輪蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

靈巧手電驅(qū)動(dòng)采用的電機(jī)方案路線眾多，

不同電機(jī)方案的模組構(gòu)成不同

。最常用的是空心杯電機(jī)，

其特點(diǎn)是輕量高效，因扭矩相

對(duì)較低常需要搭配行星齒輪減速器使用，

主要供應(yīng)廠商有Maxon

、

Faulhaber

。

無框力矩電機(jī)，

無背隙可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，

不需

要皮帶

、

齒輪等傳動(dòng)裝置；無刷有齒槽電機(jī)，

相比空心杯電機(jī)模組轉(zhuǎn)速更低可以節(jié)省齒輪箱

。

除電機(jī)方案之外，

靈巧手模組其他

結(jié)構(gòu)件路線各異，

減速器包括諧波減速器

、

行星減速器等，

傳感器有力傳感器

、

觸覺傳感器等多種形式。

靈巧手領(lǐng)域主要的參與者有特斯拉

、

哈默納科

、

Maxon

、

兆威機(jī)電

、

鳴志電器等

。

Maxon是精密驅(qū)動(dòng)頭部廠商，

其定制化模組

優(yōu)勢突出

。

哈默納科是精密減速器頭部廠商，已成功落地靈巧手微型諧波方案

。

鳴志電器以步進(jìn)電機(jī)起家，

目前空心杯電機(jī)成本

優(yōu)勢凸顯

。

兆威機(jī)電是微型傳動(dòng)領(lǐng)域標(biāo)桿，

機(jī)器人產(chǎn)品定制化經(jīng)驗(yàn)豐富

。

推薦靈巧手國產(chǎn)替代核心標(biāo)的兆威機(jī)電

、

鳴志電器。靈巧手價(jià)值量高，是人形機(jī)器人應(yīng)用落地的關(guān)鍵華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明2證券研究報(bào)告目錄

1

靈巧手結(jié)構(gòu)及功能

2

靈巧手發(fā)展路徑：成本與功能的博弈3

靈巧手重要部件詳解4

相關(guān)標(biāo)的5

風(fēng)險(xiǎn)提示華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明3證券研究報(bào)告?就真實(shí)人手而言，

遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)和中指關(guān)節(jié)分別有

1

個(gè)自由度，

能夠完成屈曲/伸展運(yùn)動(dòng)；而掌骨關(guān)節(jié)具有

2

個(gè)自由度，

可以完成屈

曲/伸展和側(cè)向擺動(dòng)動(dòng)作

。

Pitch方向的自由度大拇指

、

食指

、中指

、

無名指和尾指各有3個(gè)，

共計(jì)15個(gè)；Roll方向的自由度大拇

指有2個(gè)，

其他手指各1個(gè)，

共計(jì)6個(gè)，

總體而言單手自由度為15+6=21個(gè)

。

對(duì)比而言，

特斯拉人形機(jī)器人單手自由度僅11個(gè)。?靈巧手決定了機(jī)器人的應(yīng)用場景

。

人形機(jī)器人的靈巧手是一種基于人手運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)的特殊末端執(zhí)行器，由于真實(shí)人手具備高自

由度

、

結(jié)構(gòu)緊湊等特征，

絕大多數(shù)機(jī)械手無法完美復(fù)刻人手的功能，

需要依據(jù)特定情景權(quán)衡簡化。1.1

靈巧手結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜，依據(jù)特定場景簡化功能華安研究?拓展投資價(jià)值屈曲伸展

外展內(nèi)收資料來源：鄭悅《高仿生性能假肢設(shè)計(jì)研發(fā)及應(yīng)用研究》，華安證券研究所華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明圖表1：人手自由度分析4圖表2：人手骨骼結(jié)構(gòu)資料來源：小米科技，華安證券研究所證券研究報(bào)告?靈巧手的功能主要由手指決定，

靈活的手指可以有效地提高靈巧手的靈活性

。因此，

對(duì)靈巧手的手指研究，

尤其是對(duì)手指關(guān)節(jié)

結(jié)構(gòu)的研究至關(guān)重要

。

目前，靈巧手有很多分類方式，

按照靈巧手的手指關(guān)節(jié)及其傳動(dòng)方式分類，

主要可以分為三種靈巧手：

剛性關(guān)節(jié)靈巧手

、

柔性關(guān)節(jié)靈巧手和軟體關(guān)節(jié)靈巧手。?機(jī)器人靈巧手的自身復(fù)雜性主要表現(xiàn)在仿生結(jié)構(gòu)

、

驅(qū)動(dòng)

、

傳動(dòng)

、

感知

、

復(fù)合材料

、

建模與控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)。圖表3：靈巧手按手指關(guān)節(jié)分類一覽1.2

手指決定靈巧手的主要功能資料來源：鄭浩賢《基于C形關(guān)節(jié)的柔性靈巧手設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)研究》

，

華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明5證券研究報(bào)告?從手指和手掌的外形上看，

目前已有的各種多指靈巧手多是模仿了人手的結(jié)構(gòu)和外觀，

具有鮮明的仿生設(shè)計(jì)特點(diǎn)

。

然而，

現(xiàn)有

的多指靈巧手的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

特別是手指關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，

主要還是采用傳統(tǒng)的機(jī)械式鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)

。

機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的優(yōu)

點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠

、

運(yùn)動(dòng)可測可控，

然而同時(shí)給驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)以局限性，雖然外觀和形式上實(shí)現(xiàn)了仿生，

但是在運(yùn)動(dòng)功能實(shí)

現(xiàn)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人手的靈活精巧程度和目標(biāo)適應(yīng)性。圖表4：靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一覽1.3

靈巧手的仿生結(jié)構(gòu)資料來源：蔡世波等《機(jī)器人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀、趨勢與挑戰(zhàn)》，

華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明6證券研究報(bào)告?感知是執(zhí)行的前提，

感知層的傳感器是軟件控制和硬件零部件的橋梁，

是實(shí)現(xiàn)具身智能的關(guān)鍵，

多感知能力融合是未來靈巧手的

發(fā)展方向

。

靈巧操作要求靈巧手能夠準(zhǔn)確地反饋?zhàn)陨頎顟B(tài)并感知周圍環(huán)境，

據(jù)此要求傳感器可分為內(nèi)傳感器和外傳感器兩大類：?內(nèi)部傳感器用于反饋靈巧手自身的位置或力等狀態(tài)信息

。

三種典型的內(nèi)部傳感器包括位置傳感器

、

彎曲傳感器和張力傳感器。?外部傳感器是機(jī)器人獲取周圍環(huán)境信息的必要部件

。

為了實(shí)現(xiàn)靈巧操作，

靈巧手需要在操作前階段靠近目標(biāo)物體，在操作階段用

手形對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行操作

。因此，在操作前階段，

使用近端傳感器來檢測物體與靈巧手之間的距離

。當(dāng)靈巧手接觸到物體時(shí)，

觸

覺傳感器用于提供物體的物理信息和接觸力。1.4

靈巧手傳感器資料來源：

張?jiān)w《機(jī)器人靈巧手指尖柔性觸覺傳感器研制及操作研究》

，

華安證券研究所圖表6：HIT/DLR

Hand

II

靈巧手手指機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖圖表5：用于靈巧手的感知，感知方法及其操作華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：

CAAI認(rèn)知系統(tǒng)與信息處理專委會(huì)，華安證券研究所華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明7證券研究報(bào)告?驅(qū)動(dòng)源是影響靈巧手體積和重量的重要因素，

主要驅(qū)動(dòng)方式包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)

、

氣壓驅(qū)動(dòng)

、

液壓驅(qū)動(dòng)和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)

。電機(jī)驅(qū)動(dòng)

最為常用，

其優(yōu)點(diǎn)包括使用方便

、

能量轉(zhuǎn)化率高

、

機(jī)構(gòu)速度變化范圍大，

噪聲較小，

控制靈活

、

精度高

。

特斯拉電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

，

單手6個(gè)無刷空心杯電機(jī)模組，

11個(gè)自由度，空心杯電機(jī)模組由空心杯電機(jī)+行星減速箱+

編碼器+驅(qū)動(dòng)器+傳感器構(gòu)成。?靈巧手的操作穩(wěn)定性和靈活性指標(biāo)主要取決于傳動(dòng)系統(tǒng)，

主要傳動(dòng)方案包括連桿傳動(dòng)

、

腱繩傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)

。

腱繩傳動(dòng)控制靈活

,傳遞力的距離長，

能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取；連桿傳動(dòng)精度高

、

效率最高

、

承載能力大；齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣，

使用周期長

、

效率高

。

特斯拉采用了金屬腱繩+蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)合的方案

。

金屬腱繩實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取能力；

蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)自鎖特性，

能有效阻止電機(jī)發(fā)

熱，

且蝸輪蝸桿的不可反驅(qū)動(dòng)特性使得靈巧手可以在抓握完成后實(shí)現(xiàn)無功耗保持。圖表7：不同傳動(dòng)方案對(duì)比1.5

靈巧手驅(qū)動(dòng)形式和傳動(dòng)形式資料來源：李可歌《一種新型靈巧操作手的設(shè)計(jì)與分析》，李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》

，

華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明8證券研究報(bào)告?特斯拉人形機(jī)器人靈巧手單手6個(gè)無刷空心杯電機(jī)模組，

11個(gè)自由度，

其中空心杯電機(jī)模組構(gòu)成：空心杯電機(jī)+蝸輪蝸桿（

自鎖

、

高負(fù)載）

+精密行星減速箱（高精度

、

動(dòng)態(tài)響應(yīng)）

+編碼器+驅(qū)動(dòng)器+傳感器?空心杯本身低速高扭的特性配合行星減速機(jī)，

能夠達(dá)到一個(gè)比較可觀的功率密度；

搭配蝸輪蝸桿的目的是進(jìn)行90度的動(dòng)力方向的轉(zhuǎn)換的同時(shí)，

提升手指的力矩，以及通過自鎖提升包絡(luò)抓取的性能。圖表8：特斯拉靈巧手結(jié)構(gòu)拆分1.6

特斯拉人形機(jī)器人靈巧手電機(jī)模組拆分五個(gè)手指各一個(gè)彎曲

自由度，腱繩線驅(qū)大拇指多一個(gè)側(cè)擺自

由度，直驅(qū)華安研究?拓展投資價(jià)值11個(gè)自由度=6個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)+5個(gè)被動(dòng)關(guān)節(jié)華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明蝸輪蝸桿

精

密行

星

減速箱9資料來源：特斯拉AI

DAY，華安證券研究所六個(gè)電機(jī)模組證券研究報(bào)告空心杯電機(jī)金屬腱繩目錄1

靈巧手結(jié)構(gòu)及功能

2

靈巧手發(fā)展路徑：成本與功能的博弈

3

靈巧手重要部件詳解4

相關(guān)標(biāo)的5

風(fēng)險(xiǎn)提示華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明10證券研究報(bào)告?靈巧手的性能和成本受其三大核心組件—驅(qū)動(dòng)

、

傳動(dòng)和傳感裝置的共同影響

。

首先，

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為手部提供必要的動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)力

，

確保其具備足夠的操作能力；其次，

傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將動(dòng)力傳遞到手指，

精確控制其運(yùn)動(dòng)軌跡；最后，

傳感系統(tǒng)則負(fù)責(zé)監(jiān)測和響應(yīng)

手部與環(huán)境的互動(dòng)，

提供反饋信息以優(yōu)化抓取動(dòng)作

。

靈巧手研制難點(diǎn)可分為

“

靈巧

”和“作業(yè)

”

兩部分，

靈巧性難題是由于靈巧

手關(guān)節(jié)自由度分布、

關(guān)節(jié)數(shù)量要求較高，作業(yè)能力難題則由于靈巧手需要具備更強(qiáng)的操作負(fù)載能力

、

力位精度與可靠性。?靈巧手需從實(shí)際應(yīng)用場景出發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在追求性能最優(yōu)化的同時(shí)要考慮到成本效益，

實(shí)現(xiàn)兩者之間的合理折中

。

對(duì)于人形

機(jī)器人的靈巧手，

其設(shè)計(jì)必須考慮到人體工程學(xué)的尺寸要求，同時(shí)還要兼顧空間限制和重量等實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性因素。2.1

靈巧手成本與功能的博弈華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：薛智慧和劉金國《空間機(jī)械臂操控技術(shù)研究綜述》

，

華安證券研究所圖表9：靈巧手重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一覽圖表10：典型靈巧手的比較華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明11資料來源：蘿卜易機(jī)器人，華安證券研究所證券研究報(bào)告?技術(shù)路線1：

空心杯電機(jī)?特點(diǎn)：具有輕量高效

、高轉(zhuǎn)速和長壽命的特點(diǎn)，

適合需要高精度和快速響應(yīng)的場合，但單獨(dú)空心杯電機(jī)扭矩相對(duì)較低，

需要搭配

行星齒輪減速器以降低輸出軸的速度并增加扭矩。?應(yīng)用：因時(shí)機(jī)器人靈巧手內(nèi)部裝有6個(gè)小型伺服驅(qū)動(dòng)器，

集成無刷電機(jī)

、

行星減速機(jī)

、

直線導(dǎo)軌

、

絕對(duì)位置檢測傳感器和力傳感

器

。

特斯拉Optimus單手6個(gè)無刷空心杯電機(jī)模組，由空心杯電機(jī)+行星減速箱+

編碼器+驅(qū)動(dòng)器+傳感器構(gòu)成。?供應(yīng)廠商：

Maxon和Faulhaber在技術(shù)上處于領(lǐng)先

，

有刷空心杯電機(jī)最小尺寸可做到

6mm

，

無刷空心杯電機(jī)直徑Maxon和

Faulhaber分別可做到4mm和3mm

。

鳴志電器的無齒槽空心杯電機(jī)模組

、

精密絲杠傳動(dòng)模組等在機(jī)器人各主要運(yùn)動(dòng)控制功能模塊

中廣泛適用，

空心杯電機(jī)成本優(yōu)勢凸顯，但高端產(chǎn)品在功率

、

效率等方面與海外三大家仍存在差距。2.2

靈巧手技術(shù)路線選擇——驅(qū)動(dòng)方式圖表12：

空心杯電機(jī)主要供應(yīng)商產(chǎn)品尺寸范圍華安研究?拓展投資價(jià)值圖表11：

因時(shí)機(jī)器人仿人五指靈巧手華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明12資料來源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究，華安證券研究所資料來源：因時(shí)機(jī)器人，華安證券研究所證券研究報(bào)告?技術(shù)路線2：

無框力矩電機(jī)?特點(diǎn)：具有低轉(zhuǎn)速大扭矩的特點(diǎn)，

能直接耦合（無背隙）

，

可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，

不需要皮帶

、

齒輪等傳動(dòng)裝置，

其應(yīng)用于靈巧手

相比空心杯電機(jī)模組可節(jié)省傳動(dòng)部件，

具備一定成本優(yōu)勢。?應(yīng)用：

Dexhand和Spacehand靈巧手都采用Robodrive

ILM25無框力矩電機(jī)，

該電機(jī)與傳動(dòng)比為100:1的諧波減速器HFUC8結(jié)

合，

組成圓柱體（長約17.5mm，

重約46g）

，

提供2.4Nm的連續(xù)扭矩，

峰值可達(dá)9Nm。?供應(yīng)廠商：步科股份FMC系列無框力矩電機(jī)采用了多槽分瓣式結(jié)構(gòu)，

齒槽定位力矩小，

可對(duì)標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品

。

禾川科技于24年5

月發(fā)布hu-mdb系列無框力矩電機(jī)，

并宣布正式進(jìn)軍人形機(jī)器人賽道。2.2

靈巧手技術(shù)路線選擇——驅(qū)動(dòng)方式華安研究?拓展投資價(jià)值圖表14：

步科股份FMC系列無框力矩電機(jī)圖表13：Dexhand手指驅(qū)動(dòng)原理示意圖資料來源：

IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國際會(huì)議，

華安證券研究所華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明13資料來源：步科股份官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告?技術(shù)路線3：

無刷有齒槽電機(jī)?特點(diǎn)：無刷電機(jī)減少了機(jī)械接觸和磨損，

壽命更長且維護(hù)成本較低；有齒槽磁能更集中，

相比空心杯電機(jī)模組轉(zhuǎn)速更低可以節(jié)省

齒輪箱，

性價(jià)比優(yōu)勢較突出。?應(yīng)用：

DLR/HIT

Hand

II手指基關(guān)節(jié)模組使用了Maxon的無刷有齒槽電機(jī)和諧波減速器

。出于人形機(jī)器人降本需求，

搭載無刷有

齒槽電機(jī)的靈巧手商業(yè)化進(jìn)度可能更快。?供應(yīng)廠商：

Maxon有EC-i、

EC

flat等系列無刷有齒槽電機(jī)，

其中EC-i

30以其高動(dòng)態(tài)性能

、

低齒槽轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)矩特性而著稱。2.2

靈巧手技術(shù)路線選擇——驅(qū)動(dòng)方式資料來源：樊紹巍《類人型五指靈巧手的設(shè)計(jì)及抓取規(guī)劃的研究》，華安證

券研究所圖表16：DLR/HIT

Hand

II的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)華安研究?拓展投資價(jià)值圖表15：Maxon無刷有齒槽電機(jī)產(chǎn)品華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明14資料來源：

Maxon官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告?技術(shù)路線1：諧波減速器：哈默納科在2023年東京國際機(jī)器人展覽會(huì)上展示了搭載微型諧波減速器的靈巧手方案，

該產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)

無限模仿人手精密動(dòng)作處理。?特點(diǎn)：

諧波減速器相比行星優(yōu)勢在于精度和背隙，

目前微型諧波的問題主要是成本

、

傳動(dòng)效率和速比上限。?供應(yīng)廠商：精密傳動(dòng)設(shè)備頭部廠商日本哈默納科用于人形機(jī)器人手部的迷你執(zhí)行器RSF-3C及RSF-5B，集成諧波減速器

、

無刷

伺服電機(jī)及編碼器于一體

。

綠的諧波KAH系列中空軸旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器采用一體化設(shè)計(jì)，

集成了高精度諧波減速器

、

無框力矩電機(jī)

、中

空軸高分辨率絕對(duì)值編碼器

、

制動(dòng)器和智能傳感器等組件，

廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。2.3

靈巧手技術(shù)路線選擇——減速器圖表17：

東京大學(xué)靈巧手使用微型諧波減速器模組圖表18：帶

ILM

25

和諧波傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)單元華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：

IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國際會(huì)議，

華安證券研究所華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明資料來源：人形機(jī)器人研究院，華安證券研究所15證券研究報(bào)告?技術(shù)路線2：精密行星減速器：特斯拉Optimus單手6個(gè)無刷空心杯電機(jī)模組，由空心杯電機(jī)+行星減速箱+

編碼器+

驅(qū)動(dòng)器+傳感

器構(gòu)成。?特點(diǎn)：具有更高的扭矩傳遞能力和更強(qiáng)的剛性，

且成本較低。?供應(yīng)廠商：日本新寶有VRS

、

VRSF

、

VRB等系列精密行星減速器

，

具有極低的回轉(zhuǎn)間隙和背隙，其中VRSF系列小于間隙

0.05

°

的高精度型

、

使回轉(zhuǎn)間隙0.08

°系列化

。

科峰智能S系列行星減速機(jī)-SPH齒輪材料選用高級(jí)低碳合金鍛鋼

,

經(jīng)過滲碳淬火

之深度硬化處理,硬度可達(dá)到HRC60，

保證齒輪強(qiáng)度和壽命。2.3

靈巧手技術(shù)路線選擇——減速器資料來源：洪健等《一種高性能移動(dòng)機(jī)器人一體化關(guān)節(jié)模組設(shè)計(jì)》，華

安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值圖表20：

日本新寶VRSF系列精密行星減速器圖表19：行星減速器結(jié)構(gòu)示意圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明16資料來源：日本新寶，華安證券研究所證券研究報(bào)告?技術(shù)路線1：

腱繩傳動(dòng)?特點(diǎn)：通過腱繩傳動(dòng)的電驅(qū)動(dòng)方式是最常見的設(shè)計(jì)方式，

能夠有效彌補(bǔ)驅(qū)動(dòng)單元置于指關(guān)節(jié)中帶來的減益效果，易于指骨小型化

,并能為傳感器和電氣線路提供足夠布局空間，

且具有控制靈活

、

結(jié)構(gòu)簡單

、

柔性高的特點(diǎn)，

特別適合自適應(yīng)的抓取動(dòng)作。?應(yīng)用：

Shadow靈巧手采用腱繩傳動(dòng)，

所有驅(qū)動(dòng)器放置在靈巧手外部，

有效減小了靈巧手的體積和重量

。

特斯拉Optimus傳動(dòng)采

用蝸輪蝸桿+腱繩機(jī)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，

金屬腱繩實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取能力。圖表21：通過腱繩傳動(dòng)的外置電驅(qū)動(dòng)方式示意圖

圖表22：腱繩驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖2.4

靈巧手技術(shù)路線選擇——傳動(dòng)方式資料來源：顏文彧《多指腱驅(qū)動(dòng)靈巧手機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及抓取規(guī)劃研究》，華安

證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：徐彤彤《多指靈巧手動(dòng)力學(xué)與操作控制技術(shù)研究》

，

華安證券研究所華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明17證券研究報(bào)告?技術(shù)路線2：

連桿傳動(dòng)?特點(diǎn)：連桿傳動(dòng)具有高動(dòng)作剛性和負(fù)載能力，但柔性較差，多個(gè)連桿串并聯(lián)混合的使用形式較為常見。?應(yīng)用：國內(nèi)玩家以桿式結(jié)構(gòu)為主流方案，

目前主要以假肢領(lǐng)域應(yīng)用為主

。因時(shí)機(jī)器人仿人五指靈巧手采用連桿傳動(dòng)方案，

具有6

個(gè)自由度和12個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，

結(jié)合力位混合控制算法，

可以模擬人手實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的抓取操作。2.4

靈巧手技術(shù)路線選擇——傳動(dòng)方式華安研究?拓展投資價(jià)值圖表24：

連桿傳動(dòng)靈巧手機(jī)械結(jié)構(gòu)圖圖表23：

連桿傳動(dòng)靈巧手機(jī)械結(jié)構(gòu)圖資料來源：李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》

，

華安證券研究所華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明資料來源：

HAPTAC哈普泰克，華安證券研究所18證券研究報(bào)告?技術(shù)路線3：

齒輪傳動(dòng)?特點(diǎn)：力控精確，

傳動(dòng)精度高，

傳動(dòng)扭矩大，

可靠性較強(qiáng)；但難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，

通常需要配合耦合方案實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。?應(yīng)用：

i-limb

ultra

Hand在電機(jī)和蝸桿傳動(dòng)裝置之間使用一組錐齒輪以傳遞角度，同時(shí)在遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)結(jié)合應(yīng)用了腱繩傳動(dòng)。2.4

靈巧手技術(shù)路線選擇——傳動(dòng)方式華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》

，

華安證券研究所圖表26：

齒輪傳動(dòng)靈巧手機(jī)械結(jié)構(gòu)圖圖表25：i-limb

ultra

Hand示意圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明19資料來源：

ossur，華安證券研究所證券研究報(bào)告?力/力矩傳感器測量物體轉(zhuǎn)動(dòng)力矩并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，

用于精準(zhǔn)力控

。

按測量方向可分為一到六維力傳感器

。

六維力矩傳感器

是性能最優(yōu)

、

技術(shù)壁壘最高的力矩傳感器，

能夠同時(shí)測量三個(gè)軸向力

Fx

、

Fy

、

Fz和三個(gè)軸向力矩Mx

、

My

、

Mz，

能夠滿足任何

方向上力的檢測

。

目前六維力傳感器主要用于手腕和腳踝，

靈巧手手指模組搭載的傳感器一般為一維力傳感器。?供應(yīng)廠商：

國內(nèi)真正具備批量供應(yīng)能力的廠商依然較少，

宇立儀器

、

坤維科技

、

鑫精誠

、

藍(lán)點(diǎn)觸控等廠商相對(duì)領(lǐng)先，

受制于技術(shù)

壁壘，

暫時(shí)未形成大規(guī)模的生產(chǎn)優(yōu)勢

。

宇立儀器在工業(yè)機(jī)器人磨拋行業(yè)和汽車碰撞測試行業(yè)應(yīng)用較多；

坤維科技在協(xié)作機(jī)器人

、

醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人

、醫(yī)療檢測機(jī)器人和康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域優(yōu)勢顯著；

鑫精誠主要應(yīng)用在3C行業(yè)

、

機(jī)器人行業(yè)以及醫(yī)療行業(yè)為主，

憑

借蘋果供應(yīng)商的身份已在3C行業(yè)起量；藍(lán)點(diǎn)觸控在協(xié)作機(jī)器人及力控打磨領(lǐng)域有較深的積累。2.5

靈巧手傳感器——力傳感器圖表27：

六維力傳感器在人形機(jī)器人的布局示意圖華安研究?拓展投資價(jià)值圖表28：

六維力傳感器示意圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明20資料來源：宇立儀器官網(wǎng)，華安證券研究所資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告?柔性傳感器（電子皮膚）

：

利用柔性材料的物理特性，

將外部的力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量從而實(shí)現(xiàn)觸覺感知，

具有高靈敏度

、高柔韌

性

、

響應(yīng)速度快

、

延展性高

、

自由彎曲折疊等特點(diǎn)；材料選擇包括敏感材料和柔性基底材料

。

整體價(jià)值較高，

根據(jù)文獻(xiàn)若一只靈

巧手的五只手指全部配備以硅橡膠為基底的多陣列柔性觸覺傳感器，

需要花費(fèi)約800美元。?特斯拉的傳感器主要部署在手指尖和關(guān)節(jié)處，

采用傳統(tǒng)的硅基材料，

較堅(jiān)硬且屬于較為成熟技術(shù)領(lǐng)域

。

相比之下，電子皮膚側(cè)重

于柔韌性和多功能感知能力，旨在模仿人類皮膚的功能

。

隨著量產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，電子皮膚的成本理論上可以降至1000元以內(nèi)。?應(yīng)用：漢威科技旗下能斯達(dá)已成功研發(fā)出薄膜電容觸覺傳感器，

可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人身體部位，已與小米科技

、

九號(hào)科技

、

深圳

科易機(jī)器人等多家企業(yè)建立合作關(guān)系

。

蘇試試驗(yàn)研發(fā)的柔性應(yīng)力振動(dòng)傳感器將作為電子皮膚在機(jī)器人

、

可穿戴設(shè)備

、

假肢等領(lǐng)域

應(yīng)用

。

墨現(xiàn)科技已實(shí)現(xiàn)功能性與可靠性完全解耦的柔性壓力傳感器量產(chǎn)方案，

可滿足低觸發(fā)力度

、大量程

、

低成本的需求。2.5

靈巧手傳感器——觸覺傳感器華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：吳帥帥等《高靈敏度柔性電子皮膚的研究與應(yīng)用進(jìn)展》，華安證券研究所圖表29：

柔性薄膜壓電傳感器示意圖圖表30：

全柔性觸覺壓力傳感器華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明21資料來源：能斯達(dá)電子官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告目錄1

靈巧手結(jié)構(gòu)及功能2

靈巧手發(fā)展路徑：成本與功能的博弈

3

靈巧手重要部件詳解

4

相關(guān)標(biāo)的5

風(fēng)險(xiǎn)提示華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明22證券研究報(bào)告?靈巧手使用的一般指的是空心杯電機(jī)+多級(jí)行星減速箱組成的模組，

一雙特斯拉靈巧手需要12個(gè)無刷空心杯電機(jī)模組。?空心杯電機(jī)是一種特殊的直流電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，其電樞繞組為空心杯線

圈，形似水杯，因此被稱為“空心杯電機(jī)

”。?空心杯電機(jī)具有高速低扭矩的特性，為了在較小空間內(nèi)獲得較大的手指抓握力，需要搭配行星減速箱使用，

一般會(huì)集成2-3級(jí)的

行星減速箱?？招谋P(guān)節(jié)是直流永磁伺服微特電機(jī)的一類，從原理上來說屬于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的范疇，具有新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的

線圈制造工藝和較小的尺寸。空心杯電機(jī)分為有刷和無刷兩種，有刷電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵芯，無刷電機(jī)定子無鐵芯。3.1靈巧手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)：空心杯電機(jī)華安研究?拓展投資價(jià)值圖表32：有刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖表31：無刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明23資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華安證券研究所資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告?繞線方式及設(shè)備線圈制造是空心杯電機(jī)的核心流程。?空心杯電機(jī)生產(chǎn)近30道工序：前段線圈繞制，中段軸承、芯軸、支撐環(huán)等核心零部件安裝，后段后蓋安裝和線路板焊線等。線圈

的生產(chǎn)包括：漆包線——繞線——加熱整形——出線脫漆、接公共線——線圈安裝等環(huán)節(jié)。無鐵芯的自支撐繞組由漆包線制成，

這是一根絕緣銅線，制造過程中通過施加壓力和溫度將相鄰電線的漆熔化在一起，適當(dāng)?shù)恼澈希z帶或玻璃纖維）可進(jìn)一步提高

纏繞的強(qiáng)度和形狀穩(wěn)定性，這一點(diǎn)在高電流負(fù)載尤為重要。?線圈專利多，每家廠商繞組設(shè)計(jì)不同，繞線工藝決定空心杯電機(jī)質(zhì)量，

其中馬鞍形和斜繞形工藝簡單；繞線設(shè)備決定自動(dòng)化生產(chǎn)

水平，國內(nèi)廠商以半自動(dòng)化為主，國外領(lǐng)先企業(yè)Maxon、

Faulhaber實(shí)現(xiàn)一體成型自動(dòng)生產(chǎn)。3.1.1

空心杯電機(jī)技術(shù)壁壘：繞線方式和設(shè)備線圈制造華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：張忠強(qiáng)《永磁無刷空心杯電機(jī)及控制器研究》，華安證券研究所資料來源：張忠強(qiáng)《永磁無刷空心杯電機(jī)及控制器研究》，華安證券研究所圖表34：

空心杯電機(jī)繞組方式特點(diǎn)圖表33：

空心杯電機(jī)繞組方式華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明24證券研究報(bào)告?根據(jù)Motor&MagneticExpo數(shù)據(jù)，

空心杯電機(jī)份額仍然集中在海外廠商，國內(nèi)外空心杯電機(jī)制造商在軟實(shí)力和硬實(shí)力均有一定差

距。硬實(shí)力的差距主要集中在電機(jī)材料選用、本體設(shè)計(jì)和機(jī)電控制方案配置等方面，

國外企業(yè)具有先進(jìn)的加工鍍膜工藝與更扎實(shí)

的電機(jī)材料理論研究，小尺寸電機(jī)設(shè)計(jì)能力強(qiáng)，具有上千種方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置；軟實(shí)力的差距主要集中于市場影響力、客戶資源

、品牌聲譽(yù)與市場認(rèn)可度等方面。?海外廠商起步較早，擁有性能優(yōu)異的設(shè)備和穩(wěn)定成熟的工藝。海外三大家成立最早，

技術(shù)和工藝深厚，價(jià)格偏高，目前空心杯電

機(jī)領(lǐng)先企業(yè)為瑞士MAXON、德國FAULHABER和瑞士PORTESCAP，全球市占率70-80%，主要用于醫(yī)療領(lǐng)域和電動(dòng)工具。?與海外領(lǐng)先企業(yè)產(chǎn)品性能相比，我國空心杯電機(jī)部分品類的產(chǎn)品性能接近或達(dá)到海外領(lǐng)先企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，高端產(chǎn)品在功率、效率等方

面存在差距。

1）比較直徑為8mm、額定電壓6V的有刷空心杯電機(jī)產(chǎn)品參數(shù)，

鳴志電器的產(chǎn)品在功率密度和效率上與Maxon、Faulhaber、

Portescap的產(chǎn)品存在差距。鼎智科技、拓邦股份、偉創(chuàng)電氣8mm的產(chǎn)品處于驗(yàn)證或者開發(fā)階段。3.1.2

空心杯電機(jī)市場格局：高端產(chǎn)品海外廠商優(yōu)勢明顯華安研究?拓展投資價(jià)值圖表36：

國內(nèi)主要空心杯電機(jī)廠商一覽圖表35：

國際主要空心杯電機(jī)廠商一覽華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明25資料來源：各公司官網(wǎng)，華安證券研究所資料來源：各公司官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告?機(jī)器人關(guān)節(jié)所采用的控制電機(jī)主要可分為伺服電機(jī)和

步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具備易用和成本優(yōu)勢，而伺服電

機(jī)在精度、過載能力、頻距等性能方面的優(yōu)勢更加明

顯，力矩電機(jī)與空心杯電機(jī)都屬于伺服電機(jī)，

更適合

應(yīng)用在機(jī)器人關(guān)節(jié)與靈巧手。步進(jìn)電機(jī)通過控制脈沖

個(gè)數(shù)來控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而準(zhǔn)確定位；伺服電機(jī)通過

控制脈沖時(shí)間的長短控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度。?伺服電機(jī)下子類較多，最常見按電流類型來分為直流

伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。?人形機(jī)器人關(guān)節(jié)要求快速響應(yīng)、高功率密度、高效率

、高靈活度，因此直流無刷電機(jī)特點(diǎn)最為符合。?力矩電機(jī)全稱為永磁無刷直流力矩電機(jī)，無框力矩電

機(jī)省去了電機(jī)的外殼，僅保留了傳統(tǒng)電機(jī)中轉(zhuǎn)子和定

子兩個(gè)部分，更直接集成到人形機(jī)器人關(guān)節(jié)中，與其

他部分（如軸承和外殼）緊密結(jié)合。3.2

靈巧手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)：無框力矩電機(jī)華安研究?拓展投資價(jià)值圖表37：科爾摩根無框力矩電機(jī)產(chǎn)品圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明26資料來源：工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈研究，華安證券研究所證券研究報(bào)告?無框力矩電機(jī)的技術(shù)壁壘主要在于磁路和工藝設(shè)計(jì)。

機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要關(guān)注電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力和效率，而無框力矩電機(jī)

要在低壓供電的環(huán)境下輸出較大的功率，因此在磁路和工藝設(shè)計(jì)方面存在一定的技術(shù)能力要求。海外廠商起步較早，工藝技術(shù)存

在先發(fā)優(yōu)勢，如美國科爾摩根采用分布式的分?jǐn)?shù)槽及碳纖維綁扎技術(shù)，

德國TQRobodrive采用模塊化定子和環(huán)氧塑封灌膠技術(shù)，

韓國TMTECH轉(zhuǎn)子采用整體充磁磁環(huán)技術(shù)。國內(nèi)企業(yè)起步晚，轉(zhuǎn)矩密度和國外高端無框力矩電機(jī)相比存在一定差距。?國外企業(yè)在力矩電機(jī)方面占據(jù)較大優(yōu)勢，

我國力矩電機(jī)廠商處于第二梯隊(duì)。

力矩電機(jī)全球第一梯隊(duì)廠商主要有美國Kollmorgen,德

國TQ,瑞士Maxon

Motor,美國Aerctech,

美國Allied

Motion等。我國的力矩電機(jī)廠商處于第二梯隊(duì)，目前進(jìn)展較快的公司包括步科

股份、禾川科技、昊志機(jī)電、雷賽智能等。3.2.1

無框力矩電機(jī)技術(shù)壁壘：

磁路和工藝設(shè)計(jì)華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：李榮等《機(jī)器人關(guān)節(jié)用雙定子永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)》，華安證券研究所圖表39：力矩電機(jī)主要參與者一覽圖表38：雙定子永磁同步電機(jī)華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明27資料來源：各公司官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告?精密減速器是機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的核心零部件。

精密減速器具備體積小、重量輕、精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠?qū)C(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)

精準(zhǔn)控制，

主要可以分為諧波減速器、

RV減速器、精密行星減速器。?諧波減速器具有體積小、質(zhì)量小、傳動(dòng)精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，因此主要應(yīng)用于機(jī)器人小臂、腕部、手部等部件；

RV減速器的

優(yōu)點(diǎn)包括傳動(dòng)比范圍大、傳動(dòng)效率高、剛性和耐過載沖擊性能好等，主要應(yīng)用于機(jī)器人的機(jī)座、大臂、肩部等大關(guān)節(jié)；

精密行星

減速器具有大扭矩高剛性、高單級(jí)傳動(dòng)效率、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，主要與伺服電機(jī)、控制器共同組成機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置。圖表40：三種精密減速器特點(diǎn)對(duì)比3.3

靈巧手的重要部件：精密減速器華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明資料來源：科峰智能招股說明書，華安證券研究所28證券研究報(bào)告?諧波減速器是機(jī)械傳動(dòng)的核心零部件，

具備大傳動(dòng)比、高傳動(dòng)精度、小體積的特點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，一般分為杯形和禮帽形

諧波減速器。柔輪和軸承是諧波減速器的核心傳動(dòng)零部件，其復(fù)雜的變形和應(yīng)力分布影響了諧波減速器的傳動(dòng)性能和疲勞壽命。?中國廠商在國內(nèi)諧波減速器市場中具備一定競爭力。

全球減速器市場中諧波減速器行業(yè)頭部廠商為哈默納科，國內(nèi)參與者主要有

綠的諧波、來福諧波、同川科技等，

目前國內(nèi)廠商在減速比、額定扭矩、傳動(dòng)效率、精度方面已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，但使

用壽命方面與國際頭部廠商產(chǎn)品仍有一定的差距。圖表41：諧波減速器結(jié)構(gòu)示意圖

圖表42：2022年中國諧波減速器行業(yè)企業(yè)競爭格局3.3.1

諧波減速器資料來源：馮戴一楠等《柔性軸承動(dòng)性能試驗(yàn)技術(shù)的研究及展望》，華安

證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值

哈默納科

綠的諧波

日本新寶

來福諧波

同川科技

大族傳動(dòng)

其他華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明29資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，華安證券研究所證券研究報(bào)告來福諧波

8%綠的諧波

26%大族傳動(dòng)

4%哈默納科

38%日本新寶

7%其他11%同川科技6%?精密行星減速器具有高傳動(dòng)效率、高承載能力、高扭矩、壽命長及維護(hù)簡單等特點(diǎn)。其主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽輪，外

齒圈，在工作過程中，通常由伺服電機(jī)等原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽輪旋轉(zhuǎn)。太陽輪與行星輪的嚙合帶動(dòng)行星輪自轉(zhuǎn)，同時(shí)行星輪的另

一

側(cè)與減速器殼體內(nèi)壁上的環(huán)形內(nèi)齒圈嚙合，使行星輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著與太陽輪旋轉(zhuǎn)相同方向在環(huán)形內(nèi)齒圈上滾動(dòng)，形成圍繞

太陽輪旋轉(zhuǎn)的“

公轉(zhuǎn)

”運(yùn)動(dòng)。行星輪通過公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)行星架旋轉(zhuǎn)，行星架與輸出軸連接，從而帶動(dòng)輸出軸輸出扭矩。?全球精密行星減速器市場以日德廠商為主，

主要廠商包括日本新寶、紐氏達(dá)特等；中國精密行星減速器競爭格局較為分散，高

端精密行星減速器的國產(chǎn)化率較低，科峰智能市場占有率相對(duì)較高。3.3.2

行星減速器華安研究?拓展投資價(jià)值圖表43：精密行星減速器結(jié)構(gòu)示意圖圖表44：精密行星減速器特點(diǎn)一覽華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明資料來源：科峰智能招股說明書，華安證券研究所30資料來源：焉知人形機(jī)器人，華安證券研究所證券研究報(bào)告?編碼器用于測量機(jī)械部件的旋轉(zhuǎn)或位移，將位移位置或速度等信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

根據(jù)檢測原理不同，編碼器可分為光學(xué)式

、磁式、感應(yīng)式和電容式等類型。光編碼器由發(fā)光元件、光敏元件及碼盤組成，將旋轉(zhuǎn)位置信息轉(zhuǎn)化為光脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測。?人形機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性要求極高，光編碼器連接伺服電機(jī)，提高運(yùn)行精度，在人形機(jī)器人中發(fā)揮著重要作用。

一雙特斯

拉靈巧手需要12個(gè)光編碼器，

一臺(tái)特斯拉人形機(jī)器人需要54個(gè)光編碼器。?技術(shù)壁壘：

光編碼器屬于高精度測量儀器，外售驗(yàn)證復(fù)雜，匯川和禾川的光編碼器以自用為主。設(shè)計(jì)端：研發(fā)投入高，

集光、機(jī)

械、電技術(shù)一體，人形機(jī)器人應(yīng)用帶來的高分辨率及小型化的增量需求，研發(fā)需要配合體積和精度，難度較大；加工端：需要確

保良品率，同時(shí)芯片、碼盤等原材料仍需要進(jìn)口。3.4

靈巧手的重要部件：光編碼器資料來源：隋印和孫艷彬《基于反正切法細(xì)分的光柵編碼器設(shè)計(jì)》，華安

證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值圖表46：

光編碼器結(jié)構(gòu)示意圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明圖表45：

光柵編碼器組成31資料來源：AMK，華安證券研究所證券研究報(bào)告?市場空間：

據(jù)DI

Research數(shù)據(jù)，全球光學(xué)編碼器市場規(guī)模呈穩(wěn)步擴(kuò)張態(tài)勢，2023年全球光學(xué)編碼器市場銷售額約126.4億美元

,預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到187.1億美元，2023-2030年復(fù)合增長率（CAGR）為5.76%。?競爭格局：國際光學(xué)編碼器主要制造商包括Broadcom、

BEI

Sensors

、

Renishaw、

Dynapar、

Baumer

Group、多摩川、

CTS、Allied

Motion

、

EPC、

US

Digital、

CUI、歐姆龍、海德漢等，國內(nèi)生產(chǎn)光編碼器的企業(yè)包括奧普光電（持有禹衡光學(xué)65%股

份）、匯川技術(shù)、禾川科技、雷賽智能等。187.1126.43.4.1

光編碼器市場空間廣闊，

國內(nèi)奧普光電領(lǐng)先華安研究?拓展投資價(jià)值圖表47：

光編碼器市場空間（億美元）圖表48：

國內(nèi)光編碼器競爭格局華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明32200180160140120100806040200資料來源：DI

Research，華安證券研究所資料來源：各公司官網(wǎng)，華安證券研究所2023

2030E證券研究報(bào)告?傳感器相當(dāng)于機(jī)器人的觸覺，力矩傳感器是一種用于測量物體所受到的力矩或扭矩的傳感器。

力矩是繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的力的效果，可

以是靜態(tài)力矩或動(dòng)態(tài)力矩，

力矩傳感器的作用是將物體的力矩轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。?按照測量方向分類，可分為一到六維力傳感器。六維力矩傳感器是性能最優(yōu)、技術(shù)壁壘最高的力矩傳感器。在笛卡爾坐標(biāo)系中，單軸力傳感器只能檢測一個(gè)方向的力值，無法測量其他方向的分量；三維力傳感器能夠檢測X

、Y、Z三軸方向的垂直力，但需要

保證Z軸方向與重力方向一致，否則力值測量容易引起誤差。而六維力矩能夠同時(shí)測量三個(gè)軸向力Fx、

Fy、

Fz和三個(gè)軸向力矩Mx、

My、

Mz，能夠滿足任何方向上力的檢測，

是功能最全面的力矩傳感器。?六維力傳感器的核心技術(shù)是彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這影響著傳感器的靈敏度、動(dòng)態(tài)性能、維間耦合等關(guān)鍵性能參數(shù)。六維力/力矩傳

感器的結(jié)構(gòu)主要有一體化結(jié)構(gòu)和Stewart并聯(lián)結(jié)構(gòu)兩種。

一體化結(jié)構(gòu)的六維力傳感器包括豎梁式、橫梁式、復(fù)合梁式、圓筒式等。?目前六維力傳感器主要用于手腕，靈巧手手指模組搭載的傳感器一般為一維力傳感器。3.5

靈巧手的重要部件：力傳感器圖表50：

不同彈性體結(jié)構(gòu)的力/力矩傳感器的特性比較華安研究?拓展投資價(jià)值資料來源：付立悅《多維力傳感器的靜動(dòng)態(tài)性能研究》，

華安證券研究所圖表49：

不同維度力測量示意圖華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明33資料來源：坤維科技公眾號(hào)，華安證券研究所證券研究報(bào)告目錄1

靈巧手結(jié)構(gòu)及功能2

靈巧手發(fā)展路徑：成本與功能的博弈3

靈巧手重要部件詳解

4

相關(guān)標(biāo)的

5

風(fēng)險(xiǎn)提示華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明34證券研究報(bào)告

Maxon

Motor成立于1961年

，

一直專注于精密微型驅(qū)動(dòng)器的開發(fā)和制造。

Maxon技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢明顯

，

1968年研發(fā)出空心杯微

電機(jī),采用菱形繞組

，獲得生產(chǎn)專利。

Maxon產(chǎn)品矩陣豐富

，模組解決方案實(shí)力雄厚。公司擁有超過5000種產(chǎn)品和100萬種組合方式

，客戶可以根據(jù)需求選擇搭配電

機(jī)、

齒輪箱、

傳感器、控制器和其他配件。

Maxon高品質(zhì)直流電機(jī)配備有強(qiáng)大的永磁體

，

電機(jī)的

“核心

”是獲得世界專利的無

鐵轉(zhuǎn)子；由于慣性矩小

，直流電機(jī)的加速度非常高；模塊化和可配置的DCX和DC-max程序可根據(jù)客戶要求靈活調(diào)整。圖表51：Maxon產(chǎn)品矩陣一覽4.1

Maxon：精密驅(qū)動(dòng)頭部廠商，定制化模組優(yōu)勢突出華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明35資料來源：Maxon官網(wǎng)，華安證券研究所證券研究報(bào)告

哈默納科成立于1970年

，

由長谷川齒輪株式會(huì)社與美國USM公司合資建立。

公司以諧波減速機(jī)產(chǎn)品起家

，

后續(xù)逐步開拓減速

機(jī)相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)品

，

公司于1977年投入機(jī)電一體化產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)

，

其機(jī)電一體化產(chǎn)品結(jié)合了減速機(jī)、

電機(jī)、

傳感器、

驅(qū)動(dòng)器

、控制器和其他系統(tǒng)元件。

哈默納科諧波減速器23年占公司營收約63%

，全球市占率達(dá)80%。

哈默納科用于人形機(jī)器人手部的迷你執(zhí)行器RSF-3C及RSF-5B

，集成了諧波減速器、無刷伺服電機(jī)以及編碼器等部件。

目前公

司應(yīng)用的小型諧波減速器沒有競爭對(duì)手。公司24財(cái)年在人形機(jī)器人收入目標(biāo)34億日元（約1.6億人民幣）

，

占比10%。圖表52：哈默納科搭載諧波減速器的人形機(jī)器人靈巧手示意圖4.2

哈默納科：精密減速器頭部廠商，

落地靈巧手微型諧波方案華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明資料來源：哈默納科24財(cái)年總結(jié)，華安證券研究所36證券研究報(bào)告

鳴志電器控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)產(chǎn)品包括控制電機(jī)（包含步進(jìn)電機(jī)/伺服電機(jī)/直流無刷電機(jī)/空心杯電機(jī)）

、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

、

運(yùn)動(dòng)控制模組（高精密減速機(jī)、

高精密絲杠、

高精度編碼器）

。

電源與照明系統(tǒng)業(yè)務(wù)主要包括LED智能照明控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

和電源控制系統(tǒng)?？刂齐姍C(jī)及其驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)是公司收入和利潤的主要來源

，

2023年該業(yè)務(wù)收入占比達(dá)82%。

鳴志電器積極推進(jìn)全球化布局。在北美、

歐洲、東亞、東南亞等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)擁有

30

余家子公司

，

為全球各行業(yè)的領(lǐng)先客

戶提供最優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品和定制化的解決方案。公司通過增強(qiáng)對(duì)海外子公司的一體化建設(shè)和賦能

，發(fā)揮海外研發(fā)運(yùn)營機(jī)構(gòu)

美國

AMP、瑞士TMotion的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢

，

強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)控制類產(chǎn)品的創(chuàng)新性研發(fā)和迭代

，不斷完善平臺(tái)化產(chǎn)品線。圖表53：鳴志電器主營業(yè)務(wù)收入構(gòu)成（億元）

圖表54：鳴志電器全球化布局4.3

鳴志電器：深耕步進(jìn)電機(jī)領(lǐng)域，全球化布局完善資料來源：iFind，華安證券研究所

資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值

控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)貿(mào)易代理業(yè)務(wù)電源與照明系統(tǒng)控制類

設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明372018

2019

2020

2021

2022

2023403020100證券研究報(bào)告其他

聚焦機(jī)器人領(lǐng)域

，整合平臺(tái)化產(chǎn)品資源。

鳴志電器與機(jī)器人下游客戶廣泛開展技術(shù)開發(fā)合作

，

通過對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)化

產(chǎn)品資源有效整合

，

持續(xù)開拓機(jī)器人應(yīng)用新市場。公司的無刷電機(jī)模組、

無齒槽空心杯電機(jī)模組、

無框和交流伺服電機(jī)及驅(qū)

動(dòng)與控制系統(tǒng)、精密絲杠傳動(dòng)模組等在機(jī)器人各主要運(yùn)動(dòng)控制功能模塊中廣泛適用。公司及子公司安浦鳴志、美國

AMP、美

國LIN、瑞士T

Motion、

鳴志派博思、

常州運(yùn)控等均積極布局機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。公司目前已經(jīng)與T公司進(jìn)行產(chǎn)品送樣溝通。

空心杯產(chǎn)品矩陣豐富

，規(guī)模效應(yīng)漸顯。

2023年鳴志電器按計(jì)劃推進(jìn)

“無刷電機(jī)新增產(chǎn)能項(xiàng)目”

，通過優(yōu)化工裝及自動(dòng)化設(shè)備

改造提升生產(chǎn)效率

，

改善產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

空心杯電機(jī)家族新增了ECH6、

ECH8、

ECH10、

ECH13、

ECH19、

ECT22、

ECT30

等多款新規(guī)格系列及配套的減速機(jī)和編碼器產(chǎn)品

，年銷售規(guī)模增速超過80%。

此外

，公司的直流無刷電機(jī)、交流伺服

電機(jī)、空心杯電機(jī)產(chǎn)品技術(shù)均處于全球前列。經(jīng)過多年發(fā)展

，公司在控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。圖表55：鳴志電器空心杯電機(jī)一覽

圖表56：

空心杯電機(jī)下游應(yīng)用4.3

鳴志電器：積極布局機(jī)器人領(lǐng)域，

空心杯電機(jī)成本優(yōu)勢凸顯資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華安證券研究所

資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明38證券研究報(bào)告

汽車電子和XR業(yè)務(wù)共同發(fā)力

，

24Q1營收及凈利潤同比高增。

兆威機(jī)電2023年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入12.

1億元

，

同比+4.6%；實(shí)現(xiàn)歸

母凈利潤1.8億元

，

同比

+19.6%；

2024年Q1公司實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入3.

1億元

，

同比

+40.7%；

實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤0.6億元

，

同比

+96.0%；盈利拐點(diǎn)初顯。

聚焦微型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

，

多點(diǎn)布局下游應(yīng)用場景。

兆威機(jī)電專注于微型傳動(dòng)領(lǐng)域

，沿產(chǎn)業(yè)鏈自上而下形成

“精密模具-精密注塑件-微型傳動(dòng)系統(tǒng)”的垂直一體化產(chǎn)品矩陣

，

下游應(yīng)用領(lǐng)域多元

，

主要覆蓋汽車電子、智能消費(fèi)、通信、

醫(yī)療及個(gè)人護(hù)理和工業(yè)

自動(dòng)化等方向。其中

，汽車電子業(yè)務(wù)是公司收入的主要來源。

2023年公司汽車電子、智能消費(fèi)、通信、

醫(yī)療及個(gè)人護(hù)理和其

他業(yè)務(wù)的營業(yè)收入占比分別為52.5%、

23.3%、

10.2%、

4.0%和10.0%。4

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

歸母凈利潤（億元）

-左軸——

同比(%)-右軸2019

2020

2021

2022

20232024Q1200%150%100%50%0%-50%-100%4.4

兆威機(jī)電：微型傳動(dòng)標(biāo)桿，打造垂直一體化產(chǎn)品矩陣，盈利拐點(diǎn)初顯2.826.331.141.22資料來源：iFind，華安證券研究所

資料來源：iFind，華安證券研究所圖表58：兆威機(jī)電歸母凈利潤和占比（億元/%）圖表57：兆威機(jī)電主營業(yè)務(wù)收入構(gòu)成（億元）華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明39n

汽車電子智能消費(fèi)

n

通信

n醫(yī)療和個(gè)人護(hù)理其他2018

2019

2020

2021

2022

2023證券研究報(bào)告201816141210864202.774.743.992.852.932.381.32

1.92

兆威機(jī)電從微型驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域出發(fā)

，

致力于幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地。公司精密減速箱、

高性能電機(jī)、

電控系統(tǒng)的產(chǎn)品組合適用

于機(jī)器人頭部、

手指等運(yùn)動(dòng)執(zhí)行等應(yīng)用

，具有精度高、尺寸小、

重量輕等特點(diǎn)。公司生產(chǎn)的機(jī)器關(guān)節(jié)無刷舵機(jī)應(yīng)用于機(jī)器人

的角度傳感器和齒輪驅(qū)動(dòng)裝置

，提高了機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制

，讓機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)更具靈活性。公司的高轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)和無刷空

心杯電機(jī)均已形成系列產(chǎn)品

，成功用于人形機(jī)器人領(lǐng)域。

兆威機(jī)電長期為蘋果供應(yīng)消費(fèi)電子控制執(zhí)行模組

，產(chǎn)品良率高

，成本把控能力較強(qiáng)產(chǎn)品定位高端

，定制化研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富

,

目前已經(jīng)與T公司進(jìn)行送樣溝通

，未來或?qū)⑦M(jìn)一步整合拓展靈巧手業(yè)務(wù)

，有望增厚機(jī)器人板塊業(yè)績表現(xiàn)。圖表59：

兆威機(jī)電機(jī)器關(guān)節(jié)無刷舵機(jī)示意圖

圖表60：

兆威機(jī)電人形機(jī)器人部件示意圖4.4

兆威機(jī)電：機(jī)器人產(chǎn)品定制化經(jīng)驗(yàn)豐富，未來或?qū)⑼卣共季朱`巧手資料來源：兆威機(jī)電官網(wǎng)，華安證券研究所

資料來源：兆威機(jī)電官網(wǎng)，華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明40證券研究報(bào)告

目前磁場電機(jī)利用的磁場以基波磁場為主

，

需要抑制諧波磁場對(duì)電機(jī)運(yùn)行的NVH影響

，恒帥股份研發(fā)的諧波磁場電機(jī)技術(shù)屬于

電機(jī)底層技術(shù)的顛覆性變革

，

由傳統(tǒng)電機(jī)利用基波磁場驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂弥C波磁場驅(qū)動(dòng)。截至2023年末

，恒帥股份就諧波磁場電

機(jī)技術(shù)領(lǐng)域已向國家專利局、

PCT國際專利組織申報(bào)4項(xiàng)電機(jī)發(fā)明專利和4項(xiàng)電機(jī)實(shí)用新型專利。

恒帥股份的諧波磁場電機(jī)具備功率密度高、體積小、成本低等特點(diǎn)

，

目前公司將重點(diǎn)著力諧波磁場電機(jī)技術(shù)的場景適配

，

以新

的電機(jī)方案思路匹配諧波磁場電機(jī)技術(shù)與人形機(jī)器人所需電機(jī)品種（如無框力矩電機(jī)、

空心杯電機(jī)等）

定制化需求的結(jié)合點(diǎn)。圖表61：恒帥股份主要產(chǎn)品示意圖

圖表62：恒帥股份諧波磁場電機(jī)技術(shù)專利4.5

恒帥股份：研發(fā)諧波磁場電機(jī)技術(shù)，拓展人形機(jī)器人應(yīng)用資料來源：恒帥股份公告，華安證券研究所

資料來源：恒帥股份公告，華安證券研究所華安研究?拓展投資價(jià)值華安證券研究所敬請(qǐng)參閱末頁重要聲明及評(píng)級(jí)說明41證券研究報(bào)告

奧普光電實(shí)控