2025 特斯拉Optimus22自由度靈巧手方案解析：人形機(jī)器人“好用”的關(guān)鍵

人形機(jī)器人"好用"的關(guān)鍵特斯拉Optimus22

自由度靈巧手方案解析投資評(píng)級(jí)：推薦(維持報(bào)告日期：

2025年01月03日■

研創(chuàng)違價(jià)值行業(yè)深度報(bào)告證券研究報(bào)告人體結(jié)構(gòu)是最適應(yīng)現(xiàn)代文明的進(jìn)化形態(tài)，同理，“人造人”是最貼近人類日常生產(chǎn)生活需求的機(jī)器人形態(tài)。將自動(dòng)化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝灾圃燔囬g，需要尋求智能的解決方案，而這種解決方案可以由靈巧手和人形機(jī)器人來締造，并且有機(jī)器學(xué)習(xí)

和類腦智能技術(shù)的加持，數(shù)字化的日常生活都能成為人形機(jī)器人的學(xué)習(xí)資料，智能性將持續(xù)深化。

可以讓機(jī)器人像人一樣

使用工具的靈巧手，是提升機(jī)器人柔性操作能力的關(guān)鍵部件，是柔性制造避不開的一環(huán)。特斯拉OptimusGen3靈巧手有三大變化，三大變化均指向絲杠用量提升我們推測，特斯拉下一代靈巧手方案是N自由度、N腱繩、N執(zhí)行器方案。根據(jù)10月10日特斯拉在發(fā)布會(huì)上的演示視頻，特

斯拉新一代靈巧手采用腱繩驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，肌腱的一端固定在指尖(骨骼)中，另一端連接到執(zhí)行器(肌肉)。目前Opimus

靈巧手自由度為22個(gè)，已與人手處于相當(dāng)水平。我們推測，特斯拉手部執(zhí)行器數(shù)量在17/22個(gè)。>

驅(qū)動(dòng)器外置帶來自由度提升：驅(qū)動(dòng)器后置集成在手臂上可以放入更多的驅(qū)動(dòng)器，直接增加靈巧手的自由度；>

采用絲杠替代蝸桿：二者作用均是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，采用絲杠能有效提升靈巧手的精度和載荷能力，提高傳

動(dòng)效率；>

采用腱繩替代扭力彈簧：上一代機(jī)器人手指伸展主要依靠扭力彈簧復(fù)原，但現(xiàn)在采用一根單獨(dú)的腱繩完成伸展，靈活性

進(jìn)一步提高。投

資

要

點(diǎn)靈巧手的需求來源于柔性制造誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明2Optimus

靈巧手后續(xù)進(jìn)展演繹靈巧手工程量占據(jù)Optimus

工程量的50%。靈巧手作為機(jī)器人上最重要的末端執(zhí)行器，我們認(rèn)為其設(shè)計(jì)和構(gòu)造必然會(huì)隨著

機(jī)器人的應(yīng)用場景改變而改變?，F(xiàn)階段仍然沒有辦法打造出同時(shí)具備低成本、長壽命、高精細(xì)化的靈巧手。這一代22自由

度的Optimus靈巧手已經(jīng)在自由度上接近人手，但腱繩結(jié)構(gòu)還是存在一定程度上的不足。在實(shí)際應(yīng)用中出于實(shí)用性和成本

考慮，靈巧手必然、會(huì)迭代出多個(gè)版本，使得不同場景中的機(jī)器人可以靈活搭配上不同靈巧手來完成相對(duì)確定場景中的工

作。應(yīng)用場景特性不同，采購不同版本的靈巧手的成本會(huì)低于采購不同版本的機(jī)器人，靈巧手是機(jī)器人走向“好用”的關(guān)

鍵。靈巧手關(guān)鍵零部件解析靈巧手價(jià)值量最高的三個(gè)部件即絲杠、電機(jī)、減速器，推薦標(biāo)的包括：1)絲杠：雙林股份、貝斯特、北特科技、五洲新春；2)空心杯電機(jī)和減速器：鳴志電器、兆威機(jī)電、雷賽智能；3)總成：捷昌驅(qū)動(dòng)、兆威機(jī)電。投

資

要

點(diǎn)誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明2002050.SZ三花智控22.840.810.881.0328.2026.08

22.14未評(píng)級(jí)002979.SZ

雷賽智能

30.11

0.45

0.70

0.89

66.91

43.00

33.66

未評(píng)級(jí)003021.SZ兆威機(jī)電74.98

1.050.90

1.1471.4183.44

66.00

未評(píng)級(jí)300100.SZ

雙林股份

28.38

0.20

0.99

1.03

141.90

28.67

27.55

買入601689.SH

拓普集團(tuán)47.69

1.951.75

2.2524.4627.22

21.23

未評(píng)級(jí)603009.SH

北特科技

39.51

0.14

0.20

0.36

282.21

197.55

109.75

買入603667.SH

五洲新春25.02

0.400.44

0.5762.5556.97

43.98

未評(píng)級(jí)603728.SH

鳴志電器

52.11

0.34

0.33

0.50

154.58

159.80

104.85

未評(píng)級(jí)重點(diǎn)關(guān)注公司及盈利預(yù)測資料來源：wind,

華鑫證券研究(未評(píng)最后一頁重要免責(zé)聲明

5華鑫證券CHINA

FORTUNESECURITIES誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效機(jī)器人下游應(yīng)用不及預(yù)期地緣政治風(fēng)險(xiǎn)研發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效風(fēng)

險(xiǎn)

提

示最后一頁重要免責(zé)聲明10指向手部絲杠價(jià)值量上升3.靈巧手關(guān)鍵零部件解析

4.風(fēng)險(xiǎn)提示1.靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器2.特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均目

錄CONTENTS誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明1101靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器研創(chuàng)價(jià)值末端執(zhí)行器靈活度逐漸趨于人類手部(b)ReFlex

TakkTile(a)Shadowhand(a)

多連桿三指夾持器(a)多連桿夾持器1.1、靈巧手是機(jī)器人一種復(fù)雜的末端執(zhí)行器，其需求來源于柔性制造末端執(zhí)行器決定機(jī)器人的工作性能。未端執(zhí)行器作為機(jī)器人與環(huán)境相互作用的最后環(huán)節(jié)與執(zhí)行部件，對(duì)提高機(jī)器人的柔性和易用性有著極為

重要的作用，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個(gè)機(jī)器人的工作性能。機(jī)器人的未端執(zhí)行器主要分為工業(yè)機(jī)械手和仿人多指靈巧手。傳統(tǒng)

的工業(yè)機(jī)械手大多是針對(duì)特定的工作任務(wù)、特定被夾持零件而設(shè)計(jì)的，可以有效地執(zhí)行簡單的重復(fù)性任務(wù)。工業(yè)機(jī)械手自由度少，結(jié)構(gòu)簡單，

易于控制，但是靈活性低，沒有配置傳感器，無法進(jìn)行精確的位置控制和力控制，通用性差。機(jī)器人多指靈巧手是一種高度靈活、復(fù)雜的末端執(zhí)行器。相比于工業(yè)機(jī)械手，靈巧手具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)仿人多指靈巧手通常具有多根手指，

每根手指都具有多個(gè)關(guān)節(jié)和多個(gè)自由度，具有很高的靈活性；2)仿人多指靈巧手配置了必要的傳感器，可以精確控制靈巧手的操作；3)靈

巧手的每根手指都可以看作是一個(gè)微小的連桿機(jī)器人，這種微小的外形尺寸使得靈巧手具有很高的操作精度；4)仿人多指靈巧手通常都通

用性強(qiáng)，可以對(duì)目標(biāo)物體實(shí)施多種仿人操作，對(duì)類人工作環(huán)境的適用性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)在未知和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中對(duì)不同形狀的物體進(jìn)行抓取。資料來源：機(jī)器人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀、趨勢與排誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器(c)Bionic

SoftHand(d)RH56BF3五指手多指靈巧手(c)

均巧三指手

(d)SDH

手多關(guān)節(jié)手指抓持手最后一頁重要免責(zé)聲明聯(lián)動(dòng)型三指夾持器典型兩指夾持器(b)SCHUNKSF5Hhand(b)

氣缸三指夾持器(a)BarrettHand(b)

氣缸夾持器81.1、靈巧手是機(jī)器人一種復(fù)雜的末端執(zhí)行器，其需求來源于柔性制造靈巧手的需求來源于柔性制造。為批量解決高強(qiáng)度、高重復(fù)的工作自動(dòng)化流水線應(yīng)運(yùn)而生，但單條生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種或幾種固定規(guī)格的同類

產(chǎn)品。與“剛性”相對(duì)，“柔性”體現(xiàn)在適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，即小批量生產(chǎn)、同一條生產(chǎn)線多類型生產(chǎn)等；也體現(xiàn)在適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，

即在內(nèi)部設(shè)備故障等干擾條件下迅速調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏不影響生產(chǎn)效率。人體結(jié)構(gòu)是最適應(yīng)現(xiàn)代文明的進(jìn)化形態(tài)，同理，“人造人”是最貼近人類日

常生產(chǎn)生活需求的機(jī)器人形態(tài)。將自動(dòng)化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝灾圃燔囬g，需要尋求智能的解決方案，而這種解決方案可以由靈巧手和人形機(jī)器人來

締造，并且有機(jī)器學(xué)習(xí)和類腦智能技術(shù)的加持，數(shù)字化的日常生活都能成為人形機(jī)器人的學(xué)習(xí)資料，智能性將持續(xù)深化。

可以讓機(jī)器人像人一樣

使用工具的靈巧手，是提升機(jī)器人柔性操作能力的關(guān)鍵部件，是柔性制造避不開的一環(huán)。人手一共有24個(gè)自由度。

拇指5個(gè)自由度，其余4指各4個(gè)自由度，另外還有腕的外展、腕的曲度、掌的弧度3個(gè)自由度。從結(jié)構(gòu)上，遠(yuǎn)側(cè)指間關(guān)

節(jié)和近側(cè)指間關(guān)節(jié)形成了轉(zhuǎn)動(dòng)副，掌指關(guān)節(jié)形成了球形副。轉(zhuǎn)動(dòng)副可以實(shí)現(xiàn)彎曲/伸展運(yùn)動(dòng)，在空間有1個(gè)自由度；球形副不僅可以實(shí)現(xiàn)彎曲/伸展手指指

節(jié)關(guān)

節(jié)名

稱符

號(hào)名

稱符

號(hào)自由度數(shù)傳感器測量位置拇指遠(yuǎn)指節(jié)TDP指端關(guān)節(jié)TIJ110外展14近指節(jié)TPP指掌關(guān)節(jié)TMPJ29掌骨節(jié)TM掌腕關(guān)節(jié)TMJ215食指遠(yuǎn)指節(jié)DP指端關(guān)節(jié)DIJ1×與中指

間外展13中指節(jié)MP指間關(guān)節(jié)PIJ18近指節(jié)PP指掌關(guān)節(jié)MPJ27中指遠(yuǎn)指節(jié)DP指端關(guān)節(jié)DIJ1×與環(huán)指

間外展12中指節(jié)MP指間關(guān)節(jié)PIJ16近指節(jié)PP指掌關(guān)節(jié)MPJ25環(huán)指遠(yuǎn)指節(jié)DP指端關(guān)節(jié)DIJ1×與小指

間外展11中指節(jié)MP指間關(guān)節(jié)PIJ14近指節(jié)PP指掌關(guān)節(jié)MPJ23小指遠(yuǎn)指節(jié)DP指端關(guān)節(jié)DIJ1×中指節(jié)MP指間關(guān)節(jié)PIJ12近指節(jié)PP指掌關(guān)節(jié)MPJ21手腕外展yaw116曲度pitch117手掌弧度arch118遠(yuǎn)節(jié)指骨---a遠(yuǎn)側(cè)指間關(guān)節(jié)中節(jié)指骨---b近節(jié)指骨---C

2-

間關(guān)節(jié)3---掌指關(guān)節(jié)掌骨

-

-

-

-

-d4---腕掌關(guān)節(jié)資料來源：全驅(qū)動(dòng)五指靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的研誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器人手醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)圖1(轉(zhuǎn)動(dòng)副)2(轉(zhuǎn)動(dòng)副)3(球形副)運(yùn)動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，球形副在空間中有2個(gè)自由度。DIP→

1PIP→2MP

→3最后一頁重要免責(zé)聲明

9近側(cè)指1.2、靈巧手可按照自由度數(shù)量、傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類根據(jù)自由度與驅(qū)動(dòng)源數(shù)量，可將靈巧手分為全驅(qū)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)兩大類：>

全

驅(qū)

動(dòng)

靈

巧

手

驅(qū)

動(dòng)

源

的

數(shù)

量

與

被

控

制

靈

巧

手

的

自

由

度

數(shù)

量

相

等

。每

個(gè)

手

指

關(guān)

節(jié)

都

有

驅(qū)

動(dòng)

器

，

使

其

能

夠

實(shí)

現(xiàn)

主

動(dòng)

控

制

，

在

某

種

程

度

上

能

夠

像人手一樣

完

成

全

部

的

動(dòng)

作

指

令

甚

至

要

求

更

高

的

靈

巧

動(dòng)

作

。

但

是

，

全

驅(qū)

動(dòng)

也

意

味

著

需

要

更

多

的

驅(qū)

動(dòng)

器

，

會(huì)

使

手

掌

體

積

變

大

、

安

裝

困

難、操作復(fù)雜。>

欠

驅(qū)

動(dòng)

靈

巧

手

被

控

制

的

自

由

度

多

于

驅(qū)

動(dòng)

源

的

數(shù)

目

，

缺

少

驅(qū)

動(dòng)

源的

部

分

則

進(jìn)

行

耦

合

隨

動(dòng)

。

欠

驅(qū)

動(dòng)

手

硬

件

集

成

度

高

，

整

體

系

統(tǒng)

簡

潔

高

效

、

體

積

小

、質(zhì)量輕

，便

于

進(jìn)

行

動(dòng)

力

學(xué)

分

析

。

但

是

，

欠

驅(qū)

動(dòng)

機(jī)

械

手

的

高

集

成

性

一

定

程

度

上

也

是

犧

牲

高

自

由

度

性

能

的

結(jié)

果

，

存

在

功

能

性

不

足

，

尤

其是對(duì)于精度要求比較高的手指精巧控制無法勝任。>優(yōu)勢：對(duì)比全驅(qū)動(dòng)方案，少一

個(gè)甚至少兩個(gè)執(zhí)行器，對(duì)節(jié)省

手臂、手腕的空間和重量，都

是非常大的提升，而且具有更

好的順應(yīng)性。>缺點(diǎn)：不具備完全重復(fù)的運(yùn)動(dòng)軌跡，在需要精密操作的情景

下，表現(xiàn)可能不如全驅(qū)動(dòng)方案，

甚至不如耦合方案。>優(yōu)勢：具有完全可重復(fù)的運(yùn)動(dòng)軌跡，適合某些功能性和精細(xì)

操作較高的場合。在工業(yè)場合，

例如組裝、測量等情況下有更

好的表現(xiàn)，而且多一個(gè)執(zhí)行器，

也使得全驅(qū)動(dòng)方案對(duì)比欠驅(qū)動(dòng)

方案在握持物體時(shí)具有更大的

扭矩。1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器>缺點(diǎn)：對(duì)控制策略的要求較高，當(dāng)沒有合理的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析控制

時(shí)，整體的靈活性其實(shí)并不如

欠驅(qū)動(dòng)的方案。資料來源：機(jī)器人靈巧手研究綜述

劉偉，華鑫證誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效欠驅(qū)動(dòng)靈巧手與人手更類似全驅(qū)動(dòng)靈巧手每個(gè)關(guān)節(jié)都能獨(dú)立控制最后一頁重要免責(zé)聲明RIRdHh

luraHandAnthropomorphicRobotHandActuatedSheffieldHandMichelangeloHandSmartMotorHandUtah/MITHandShadowHand全驅(qū)動(dòng)手欠驅(qū)動(dòng)手MLRHandZAR4HandDLRHand10PISAⅢT

SoftHand

MANUSBMechaTE

HandHacdSand靈巧手的傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)操作的穩(wěn)定性和靈活性有重要影響，傳動(dòng)方式有連桿傳動(dòng)、繩驅(qū)傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)三種。連桿傳動(dòng)廣泛用于工業(yè)、假肢領(lǐng)域，剛度大，易于強(qiáng)力抓取物體，但重量體積較大，柔性不足。繩驅(qū)傳動(dòng)主要用于科研領(lǐng)域和人形機(jī)器人領(lǐng)域，靈活度高、結(jié)構(gòu)簡單，但控

制精度不足，壽命短，已有Shadow

等靈巧手落地，也是特斯拉機(jī)器人配備的靈巧手類型；齒輪傳動(dòng)主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，每根手指可獨(dú)

立操縱，靈活性強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易發(fā)生故障，成本較高。齒輪傳動(dòng)使用微型諧波減速器、帶、齒輪驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：手指動(dòng)作相互獨(dú)立、更加靈活、傳動(dòng)效率高、減速比大、抓取力大。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、抗沖擊能

力弱、故障率較高、成本高。應(yīng)用靈巧手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繩驅(qū)傳動(dòng)利用腱繩加上滑輪或者軟管實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：控制靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、柔性高、減輕末端負(fù)載、節(jié)約空間和成本。缺點(diǎn)：控制精度不高、抓取力不大、

腱繩易磨損、負(fù)載能力弱。應(yīng)用連桿傳動(dòng)多個(gè)連桿串并聯(lián)混合的形式傳遞運(yùn)動(dòng)和力矩優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高、控制精度高、剛

度好、抓取力大、易于加工缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗沖擊能力弱、體

積大、重量大、柔性不足應(yīng)用1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.2、靈巧手可按照自由度數(shù)量、傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類Shadow

公司西班牙國防中心大學(xué)&法國交互

式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室特斯拉麻省理工學(xué)院和Shadow

靈巧手CEAdexterousOptimus

靈巧手Utah/MIT韓國科學(xué)技術(shù)研究院PanipatWattanasiri

團(tuán)隊(duì)韓國亞洲大學(xué)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)因時(shí)機(jī)器人KISTHand仿生靈巧手ILDARH56DFX德國宇航中心&哈工大北航機(jī)器人研究

所DLR/HITIIBH-985資料來源：頭豹研究院，華鑫證券研究誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效華鑫證券CHINA

FORTUNESECURITIES最后一頁重要免責(zé)聲明11接驅(qū)動(dòng)兩種形式。>腱驅(qū)動(dòng)：可以節(jié)省手指體積，手指的擬人程度更高，腱繩能夠提供較大的關(guān)節(jié)力矩，但由于腱繩傳力的柔性限制，傳力有一定的延遲，影響位置控制的精度，而且預(yù)緊程度會(huì)直接影響控制效果，對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較

為嚴(yán)格。>直接驅(qū)動(dòng)：將電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)置在手指內(nèi)，手指體積較大，且不能提供較大的關(guān)節(jié)力矩，但其控制精度較高且模塊化手指之間可以相互替代，可維修程度很高。相較而言，腱驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方式便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，采用鍵驅(qū)動(dòng)的形式將部

分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)放置于靈巧手外部，能有效減小靈巧手的整體尺寸。腱驅(qū)動(dòng)和電機(jī)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)的的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比時(shí)間

靈巧手

手

指

數(shù)自由

度

數(shù)

傳

動(dòng)

形

式

驅(qū)

動(dòng)

方

式

驅(qū)

動(dòng)

位

置197419831984198819921998199819981999200020002001200120042004200420092009201020142014OkadaHandUtah/MITHandStanford/JPLHand

BarretHandUB-II

HandDLR-I

HandDISTHandBH-3HandTokyoHandDLR-II

HandUItralightHandGIFU-II

HandBH-4HandUBH3HandHIT/DLR-I

HandShadowHandHIT/DLR-II

HandTWEBDY-ONEHandDLRHASyHandRoboRayHandTheCEAdexterousHand343334435455454554555111694111216912131316162413211513191220腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)齒輪

直接驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)齒形帶腱驅(qū)動(dòng)齒輪

直

接

驅(qū)

動(dòng)齒輪

直接驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱

驅(qū)

動(dòng)齒輪

直

接

驅(qū)

動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)

齒輪+連桿直接驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)腱繩

腱驅(qū)動(dòng)外置外置外置內(nèi)置外置外置外置內(nèi)置外置內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置外置內(nèi)置外置內(nèi)置內(nèi)置外置外置內(nèi)置驅(qū)動(dòng)方式腱驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器位置前臂手指內(nèi)手指體積小大關(guān)節(jié)力矩大小傳動(dòng)柔性有無模塊可替代性差強(qiáng)1.2、

靈巧手可按照自由度數(shù)量、傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類靈巧手逐漸按照是否存在線繩、鋼絲、皮帶等柔性傳動(dòng)部件分為腱驅(qū)動(dòng)和直1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器資料來源：腱驅(qū)動(dòng)靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析與誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效代表性靈巧手的主要參數(shù)最后一頁重要免責(zé)聲明

121.3、驅(qū)動(dòng)器外置腱驅(qū)動(dòng)靈巧手兼具靈活性、小體積與可靠性驅(qū)動(dòng)器外置腱驅(qū)動(dòng)靈巧手主要運(yùn)作原理如下：電機(jī)和滾珠/滾柱絲杠外置于手臂中，電機(jī)通過減速箱帶動(dòng)滾珠絲杠，電機(jī)軸

的轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為絲杠螺母的平移運(yùn)動(dòng)，絲杠螺母拉動(dòng)腱繩，腱繩另一端連接到

手指指骨上，拉動(dòng)手指繞關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。由于手腕的俯仰和側(cè)擺運(yùn)動(dòng)會(huì)扭動(dòng)腱繩

的位置和形狀，為了消除手腕運(yùn)動(dòng)對(duì)腱繩的影響，在腱繩外面套上硬質(zhì)彈簧，

類似自行車剎車線的原理。當(dāng)手腕運(yùn)動(dòng)時(shí)，硬質(zhì)彈簧能保證腱繩中的張力不受

影響。但彈簧的引入又增大了腱繩受到的摩擦力，為了減小腱繩與彈簧之間的

摩擦力，在腱繩和彈簧之間套入Teflon管，既能提高傳動(dòng)效率，又解決了腱繩與彈簧之間的長時(shí)間摩擦帶來的磨損問題。電機(jī)Teflon管1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)器外置靈巧手整機(jī)機(jī)構(gòu)電機(jī)

減速箱滾珠絲杠彈簧腱驅(qū)動(dòng)原理最后一頁重要免責(zé)聲明

137建繩誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效手掌手腕資料來源：空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓滾珠絲杠腱繩手指1.3、驅(qū)動(dòng)器外置腱驅(qū)動(dòng)靈巧手兼具靈活性、小體積與可靠性遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)能有效減小手指的體積和重量，由于腱繩只能傳遞拉力，腱繩的數(shù)目大于手指自由度

時(shí)才能對(duì)手指的每一個(gè)自由關(guān)節(jié)進(jìn)行完全確定的控制。經(jīng)過證明，當(dāng)腱繩數(shù)目比自由關(guān)節(jié)數(shù)目

多1時(shí)，就可以使用腱繩來獨(dú)立控制所有的自由關(guān)節(jié)。以3自由度的食指為例，4根腱繩即可完

全控制3個(gè)自由關(guān)節(jié)。N+1

型腱驅(qū)動(dòng)方案能有效的減少腱繩數(shù)目，但會(huì)引入腱繩運(yùn)動(dòng)和手指關(guān)節(jié)

運(yùn)動(dòng)之間的耦合性，即驅(qū)動(dòng)一個(gè)關(guān)節(jié)需要多根腱繩的參與，一根腱繩的運(yùn)動(dòng)會(huì)牽引多個(gè)關(guān)節(jié)，對(duì)控制算法更高要求。N型驅(qū)動(dòng)方案驅(qū)動(dòng)器數(shù)目最少，有利于減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體尺寸。同時(shí)，可以有效降低電氣系

統(tǒng)與控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高可靠性。在“N

型”的傳動(dòng)方案中，兩根腱繩構(gòu)成了一條閉環(huán)

回路。為了調(diào)整回路中腱繩長度誤差，并使腱繩工作在張緊狀態(tài)，腱驅(qū)動(dòng)手指中需要引入預(yù)緊

機(jī)構(gòu)對(duì)腱繩張力進(jìn)行調(diào)整。如果采用欠驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器數(shù)量進(jìn)一步降低。

三種傳動(dòng)方案對(duì)比

傳動(dòng)方案

原理簡圖

驅(qū)動(dòng)器數(shù)目

腱繩數(shù)目

特點(diǎn)

N型

N

N/2NN+1型N+1

N+12N型

2N

2N

動(dòng)態(tài)性能較好；2自由度2腱繩的N

型驅(qū)動(dòng)方案基關(guān)節(jié)q1

中關(guān)節(jié)q2

遠(yuǎn)關(guān)節(jié)q3腱繩x腱繩x?基關(guān)節(jié)a2

中關(guān)節(jié)a3

遠(yuǎn)關(guān)節(jié)a4側(cè)擺關(guān)節(jié)q1腱繩x3腱繩x4腱繩x2驅(qū)動(dòng)器數(shù)目少；需要預(yù)緊機(jī)構(gòu)腱繩數(shù)目少；單根腱繩負(fù)載大承載能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)器數(shù)目多1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器資料來源：腱驅(qū)動(dòng)靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效3自由度4腱繩的N+1型驅(qū)動(dòng)方案最后一頁重要免責(zé)聲明

1402特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升研創(chuàng)價(jià)值2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.1、特斯拉Optimus

一代靈巧手專利解析>

手和手指布局：靈巧手設(shè)計(jì)模仿人手，包括手掌區(qū)域和五個(gè)手指，每個(gè)手指具有近側(cè)構(gòu)件和遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件，能夠圍繞相應(yīng)關(guān)節(jié)樞軸旋轉(zhuǎn)。>

腱繩布線：

使用腱繩而非傳統(tǒng)齒輪或連桿系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)，腱繩

的布線設(shè)計(jì)允許更自由的手指運(yùn)動(dòng)

和更高效的力傳遞。資料來源：人形機(jī)器人研究院，TESLA,

華鑫證券研究FIG.5A

FIG.5BManualTensionerDistalLink-

Flanged

Sleeve

Bearings------DowelProximalTorsionalSpring-----Spring

StandoffDowel最后一頁重要免責(zé)聲明

16Auto-Tensioner-Distal

Torsional

Spring-誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效Proximal

LinkFingernail-Tendon>

大拇指：

具有兩個(gè)空心杯電機(jī)模組執(zhí)行器302a和302f,

分別控制彎曲/伸展和外展/

內(nèi)收運(yùn)動(dòng)。>其他4指：

由于特斯拉一代靈

巧手采用的是2指關(guān)節(jié)，與我

們常規(guī)的人手相比少了一組關(guān)

節(jié)，因此每個(gè)手指有一個(gè)空心

杯電機(jī)模組執(zhí)行器搭配對(duì)應(yīng)的

扭簧，具有1個(gè)主動(dòng)自由度和1

個(gè)由腱繩牽引的被動(dòng)自由度指

關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的抓握。304a

gearbox

304a302a

3302f304f.gearbox

304f>運(yùn)行方式：當(dāng)電纜416被驅(qū)動(dòng)器302拉動(dòng)時(shí)，

末端420可以與遠(yuǎn)端部件408或其結(jié)構(gòu)嚙合，

以使近端部件402或遠(yuǎn)端部件408中的至少

一個(gè)移動(dòng)。例如，當(dāng)電纜416被驅(qū)動(dòng)器302

拉動(dòng)時(shí)，末端420可以與遠(yuǎn)端部件408或其

結(jié)構(gòu)嚙合，從而導(dǎo)致近端部件402圍繞第

一樞軸406旋轉(zhuǎn)和/或遠(yuǎn)端部件408圍繞第

二樞軸414旋轉(zhuǎn)。2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.1、

特斯拉Optimus—代靈巧手專利解析最后一頁重要免責(zé)聲明

17誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效華鑫證券CHINAFORTUNESECURITIES資料來源：人形機(jī)器人研究院，華鑫證券研究FIG.4D

FIG.4E>驅(qū)動(dòng)裝置：本專利靈巧手采用空心杯電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，這種電機(jī)以其體積小、重量輕、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，非常適合用于需要精密控制的場合。FIG.3A資料來源：人形機(jī)器人研究院，華鑫證券研究FIC7A

FIC7RFIG.7C誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明18304.gearbox

304>

傳動(dòng)裝置：

傳動(dòng)裝置采用繩驅(qū)結(jié)合蝸輪蝸桿的方式，既保證了傳動(dòng)的平順性，也確保了足夠的力量傳遞及自鎖性能。702.gear

702-2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.1、特斯拉Optimus

一代靈巧手專利解析

200.hand

200

200.hand

200304c.gearboxes200.hand200304a.gearbox304d.gearboxes304.gearbox

304706.pulley

706704.worm

wheel704304d

304a304e302e3020302d.actuators302e.actuators304e.gearboxes302a302f304f

304f.gearbox704706

706.pulley

704.wormwheel702.gear702706706.puley304b.gearboxes302c.actuators302b.actuators302a.actuators302f.actuators304.gearbox304304c304b

302b302cFIG.3BFIG.3C3/23我們推測，特斯拉下一代靈巧手方案是N自由度、N腱繩、N執(zhí)行器方案。根據(jù)10月10日特斯拉在發(fā)布會(huì)上的

演示視頻，特斯拉新一代靈巧手采用腱繩驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)

方式，肌腱的一端固定在指尖(骨骼)中，另一端連接

到執(zhí)行器(肌肉)。目

前Opimus靈巧手自由度為22個(gè)，已與人手處于相當(dāng)水平。我們推測，特斯拉手部執(zhí)行器數(shù)量在17/22個(gè)。2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.2、

特斯拉

下一代靈巧手迎來重大更新5+4+4+4+4+1=22

DoF@DirtyTesLa

oeoingBallistic5資料來源：TESLA,DirtyTesla,小米技術(shù)公眾號(hào)，誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效人手自由度拆分Flexion

&Extension

Abduction

&AdductionDistalInterPhalangealPIP

elCp"ealIerPhroximadista4ida

DIpOptimusGen3

靈巧手自由度拆分最后一頁重要免責(zé)聲明

19cMc

1stjoi

mnetacarpal

文ooold4

ring4extensionnotsooe)ab/adductonflexionMetaCarpoPhalangeamiddleCarpoMetaCaro特斯拉OptimusGen3靈巧手有三大變化，三大變化均指向絲杠用量提升：>驅(qū)動(dòng)器外置帶來自由度提升：驅(qū)動(dòng)器后置集成在手臂上可以放入更多的驅(qū)動(dòng)器，直接增加靈巧手的自由度；>采用絲杠替代蝸桿：二者均能改變運(yùn)動(dòng)方向，采用絲杠能有效提升靈巧手的精度和載荷能力，提高傳動(dòng)效率；>采用腱繩替代扭力彈簧：上一代機(jī)器人手指伸展主要依靠扭力彈簧復(fù)

原，但現(xiàn)在采用一根單獨(dú)的腱繩完成伸展，靈活性進(jìn)一步提高。2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升扭力彈簧替換為腱繩蝸桿替換為絲杠304d304e302e302d302a302f2.2、特斯拉下一代靈巧手迎來重大更新手掌內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器變?yōu)槭直弁庵抿?qū)動(dòng)器304c304b302b302c304a資料來源：TESLA,電動(dòng)星球，人形機(jī)器人研究院，誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明20整體硬件動(dòng)作協(xié)調(diào)流暢十分類人。

接網(wǎng)球手部孤立動(dòng)作，抓握同時(shí)，

Optimus整個(gè)上肢乃至頭部隨之?dāng)[動(dòng)保持平衡，整體動(dòng)作絲滑流暢。我們認(rèn)為，機(jī)器人替人主要分兩步走，首先要求是硬件性能能支撐機(jī)器人做出類似人類的動(dòng)作，其次是機(jī)器人依靠自己的“大腦”去獨(dú)立做出

行為舉止?，F(xiàn)在看來，特斯拉第一步已經(jīng)初步滿足，第二步我們看好特斯拉在ai方面包括端到端模型深厚積累。手部體積于前代大致相同。驅(qū)動(dòng)器后置帶來的結(jié)果是，整體手部體積于二代相近。所有驅(qū)動(dòng)器連同前臂線性執(zhí)行器一起封裝在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊

湊外形和諧。212、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.3、特斯拉下一代靈巧手已裝機(jī)11月28日，特斯拉Optimus發(fā)布視頻，22個(gè)自由度靈巧手已裝機(jī)，并用最新的靈巧手接住網(wǎng)球。此前Optimus手部動(dòng)作受自由度限制資料來源：TESLA,

華鑫證券研究誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效Optimus

用22自由度靈巧手接網(wǎng)球最后一頁重要免責(zé)聲明取

姓平趣士焊壘

關(guān)主SIE0苯多E

點(diǎn)并×)‘旺彰了晶限微型

電機(jī)是

由定子

、

轉(zhuǎn)

子

(

由

鐵

芯

轉(zhuǎn)

子

和

繞

組

構(gòu)

成

)

、

電

樞

繞

組

、

電

刷

、

換

向

器

等

部

件

組

成

。空

心

杯

電

機(jī)

的

轉(zhuǎn)

子

是

直

接

采

用

導(dǎo)

線

繞

制

而

成

，線

圈通過連接

板

與

換

向

器

、

主

軸

連

接

在

一

起

；

從

結(jié)

構(gòu)

上

看

，

其

是

由

外

框

架

、

沿

外

圍

分

布

的

驅(qū)

動(dòng)

線

圈

、

中

間

的

空

心

轉(zhuǎn)

子

以

及

附

加

的

傳

感

器

組

成

?？?/p>

心

杯

電

機(jī)

屬

于

直

流

永

磁

的

伺

服

控

制

電

機(jī)

，也

可

以將

其

歸

類

為

微特

電機(jī)

。

空

心

杯

電

機(jī)

在

結(jié)

構(gòu)

上

突

破

傳

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電

機(jī)

的

轉(zhuǎn)

子

結(jié)

構(gòu)

形

式

，采

用

了

無

鐵

芯

轉(zhuǎn)

子

，

這

種

新

穎

的

轉(zhuǎn)

子

結(jié)

構(gòu)

徹

底

消

除

了

因

鐵

芯

形

成

渦

流

而

造

成

的

電

能

損

耗

；

同時(shí)

，

空

心

杯

電

機(jī)

重

量

和

轉(zhuǎn)

動(dòng)

慣

量

大

幅

降

低

，

從

而

減

少

轉(zhuǎn)

子

自

身

的機(jī)械

能損耗

。

由

于

轉(zhuǎn)

子

結(jié)

構(gòu)

變

化

而

使

電

機(jī)

的

運(yùn)

轉(zhuǎn)

特

性

得

到

極

大

改

善

，

不

但

具

有

突

出

的

節(jié)

能

特

點(diǎn)

，

更

為

重

要

的

是

具

備

了

鐵

芯

電

機(jī)

所

無

法

達(dá)到的控制和拖動(dòng)特性。作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，在很多領(lǐng)域代表了電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向工作原理性能特點(diǎn)應(yīng)用場景利用空心杯轉(zhuǎn)子中的磁場與定子產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩外形尺寸小、輕巧；轉(zhuǎn)矩密度較高；集成度高；高精度、高效率(最高效率>80%);轉(zhuǎn)速高(受限于換向系統(tǒng)，最高轉(zhuǎn)速≥10000rpm);響應(yīng)速度較快(機(jī)械時(shí)間常數(shù)通常只有十幾個(gè)ms);壽命長(預(yù)期大約在1000-3000h);制造成本較高(9或11或13片換向片)應(yīng)用于對(duì)性能要求較高的領(lǐng)域，如航空航天、機(jī)器人等利用轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)線在磁場中受到的洛倫茲力來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩體積和重量較大；鐵損較大(存在渦流損耗，最高效率約為50%);無法運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速下(一般最高轉(zhuǎn)速<5000rpm);響應(yīng)較慢(機(jī)械時(shí)間常數(shù)一般>100ms);壽命較短(一般幾百個(gè)h);制造成本較低(3-5片換向片)應(yīng)用于對(duì)性能要求較低的領(lǐng)域，如家用電器、工業(yè)設(shè)備等無齒槽效應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊低電感低速運(yùn)行平穩(wěn)低振動(dòng)，低噪音轉(zhuǎn)子可控制在任意位置磁路設(shè)計(jì)更優(yōu)功率密度更高溫升低，效率高高動(dòng)態(tài)響應(yīng)高加速度3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.1、空心杯電機(jī)具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運(yùn)行特性電磁回程換向器示磁體轉(zhuǎn)子為空心杯形狀(由一個(gè)薄壁金屬杯構(gòu)成，內(nèi)部為空心，外部為環(huán)形磁極)空心杯電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別空心杯電機(jī)普通(有刷直流)電機(jī)

空心杯電機(jī)優(yōu)勢

最后一頁重要免責(zé)聲明

23轉(zhuǎn)子通常為實(shí)心或有槽的圓柱形，內(nèi)部裝有導(dǎo)線和磁極結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)華鑫證券CHINAFORTUNESECURITIES誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效資料來源：天孚電機(jī)官網(wǎng)，上海茂碩機(jī)械設(shè)備有線圈/繞組

密封團(tuán)換向器線圈連接板特點(diǎn)

優(yōu)勢密到空心杯電機(jī)可分為有刷和無刷電機(jī)：有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子無鐵芯，無刷電機(jī)(又稱無刷無齒槽電機(jī))的定子無鐵芯。主要的區(qū)別有：(1)有刷空心杯電機(jī)利用碳刷(或者金屬電刷和換向器的配合來完成換向，而無刷空心杯電機(jī)的線圈導(dǎo)線直接連接到控制器，通過處理連接板上的霍爾反饋

的位置信號(hào)完成換向；(2)有刷空心杯電機(jī)的線圈、換向器和連接板在外殼和永磁體中間旋轉(zhuǎn)，共同組成轉(zhuǎn)子；而無刷空心杯電機(jī)的線圈是固

定的，永磁鐵作為轉(zhuǎn)子在中間旋轉(zhuǎn)。相比于有刷空心杯電機(jī)，無刷空心杯電機(jī)的性能更優(yōu)，其具備轉(zhuǎn)速上限更高、重量更小、功率體積比更大的優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格偏高。前端蓋空心杯繞組

磁鋼外殼

霍爾傳感器波簧

柔性電路板滾珠軸承平衡環(huán)霍爾磁鋼鐵芯安裝架

滾珠軸承后端蓋軸套

滑動(dòng)軸承

磁鋼

轉(zhuǎn)軸

換向片端子0墊圈

機(jī)殼

滑動(dòng)

空心杯

電刷后蓋軸承繞組3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.1、根據(jù)換向方式可劃分為有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)高轉(zhuǎn)速電磁干擾可忽

略有鐵損需要驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速受限有火花無鐵損控制簡單鳴志電器的有刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖鳴志電器的無刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖無刷無齒槽

有刷無鐵芯最后一頁重要免責(zé)聲明

24誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華鑫證券研究電機(jī)壽命受限(2000h)長壽命(20000h)3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.1

、空心杯電機(jī)杯型繞組成型工藝是空心杯電機(jī)制造中的關(guān)鍵，直接影響電機(jī)的性能空心杯電機(jī)杯型繞組成型工藝復(fù)雜，要求嚴(yán)格，生產(chǎn)合格率低，制造成本高，是空心杯電機(jī)面臨的難題，也使得空心杯電機(jī)的應(yīng)用受到一定限制?？招谋姍C(jī)杯型繞組的類型眾多，包括直繞組、斜繞組、同心式繞組、疊繞組等。元件有效導(dǎo)體部分與電機(jī)軸線成一定傾斜角度●

繞組利用率高·

生產(chǎn)效率高·

工裝模具結(jié)構(gòu)簡單，工藝過程較為簡便·

適合體積小、線徑細(xì)、槽滿率低的杯型

繞組，對(duì)于電流較大的電機(jī)需多根線并繞采用斜繞組杯子則難以實(shí)現(xiàn)由數(shù)個(gè)相互獨(dú)立的線圈采用拼接、整形固化的方法制成杯型繞組·

線徑選擇靈活，槽滿率高·

生產(chǎn)效率高，適合批量生產(chǎn)·

相同繞組參數(shù)下同心式較斜繞式性能更優(yōu)，在國內(nèi)外空心杯電機(jī)上廣泛使用·

線圈分布一致性是難點(diǎn)元件有效導(dǎo)體部分與電機(jī)軸線平行·

生產(chǎn)效率低·

灌封工藝繁瑣·

掛線工裝及整形模具復(fù)雜資料來源：《空心杯電機(jī)非對(duì)稱同心式誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效杯型繞組分類直繞式杯型繞組斜繞式杯型繞組同心式杯型繞組(菱形繞組)最后一頁重要免責(zé)聲明

25華鑫證券CHINA

FORTUNESECURITIES兩種不同形式的斜繞式杯型繞組直繞式繞線杯平面連接圖菱形繞組杯平面圖公司

空心杯電機(jī)產(chǎn)品的覆蓋情況國內(nèi)的第一梯隊(duì)；鳴志電器直流有刷電機(jī)提供?8mm-?24mm多種外徑及機(jī)身長度規(guī)格型號(hào)；直流無刷無槽電機(jī)提供?10

mm、?13mm,?16mm,?22mm,?26mm等多種外徑及機(jī)身長度規(guī)格偉創(chuàng)電氣已自主研發(fā)出直徑僅10mm直流無刷空心杯電機(jī)系統(tǒng)江蘇雷利

空心杯無刷電機(jī)提供?16mm、

?22

mm、?28mm、?30mm、?36mm、?42mm

外徑的規(guī)格型號(hào)禾川科技

產(chǎn)品布局φ8mm|φ10mm|φ12mm|φ13mm等多種規(guī)格的無刷空心杯電機(jī)鼎智科技

提供直徑10mm、16mm、22mm、28mm、30mm、36mm、42mm空心杯電機(jī)(無槽無刷)全球空心杯電機(jī)市場集中度較高，較為知名的企業(yè)包括Faulhaber、Portescap、Alied

Motion

Technologies、Maxon

Motor

及NidecCopalCorporation

等，這些企業(yè)在空心杯電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及技術(shù)創(chuàng)新方面處于領(lǐng)先地位。目前，空心杯電機(jī)市場主要由海外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，但國內(nèi)也有一些電機(jī)廠商已經(jīng)能夠提供或正在布局高性能空心杯電機(jī)以應(yīng)對(duì)未來需

求巨大的藍(lán)海市場，如鳴志電器、偉創(chuàng)電氣、江蘇雷利、拓邦股份等。資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，電子發(fā)燒友，各公=它網(wǎng)化金江光空誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效

最后一頁重要免責(zé)聲明

263、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.1、

空心杯電機(jī)市場的主要廠商國內(nèi)空心杯電機(jī)的部分廠商無刷有齒槽電機(jī)主要性能特點(diǎn)無刷有齒槽電機(jī)空心杯電機(jī)定子結(jié)構(gòu)有齒槽，鐵芯繞組固定永磁體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)帶永磁體的轉(zhuǎn)子空心繞組，轉(zhuǎn)子無鐵芯轉(zhuǎn)矩密度高較低慣量較高極低運(yùn)行平穩(wěn)性存在齒槽效應(yīng)，低速平穩(wěn)性一般平穩(wěn)，無振動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)中等動(dòng)態(tài)性能動(dòng)態(tài)響應(yīng)極快成本較低高驅(qū)動(dòng)器后置減小電機(jī)體積壓力，無刷有齒槽電機(jī)適用于和空心杯電機(jī)不同的場景。無刷有齒槽電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)通常由多個(gè)鐵芯齒槽組成，每個(gè)齒槽中嵌有繞組線圈。這些鐵芯齒槽用于引導(dǎo)和增強(qiáng)電機(jī)內(nèi)的磁場，以提高效率和提供較高的轉(zhuǎn)矩密度。繞組排列在齒槽中，并與永磁轉(zhuǎn)

子相配合形成旋轉(zhuǎn)磁場。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為緊湊，適合需要高功率密度和穩(wěn)健性能的應(yīng)用。齒槽的存在有助于集中磁場，提高轉(zhuǎn)矩密度，但

會(huì)產(chǎn)生齒槽效應(yīng)，有輕微的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，對(duì)平穩(wěn)性產(chǎn)生影響。合高功率密度、需要承受較高負(fù)載的應(yīng)用3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.1、

無刷有齒槽電機(jī)和空心杯電機(jī)對(duì)比適用場景資料來源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究網(wǎng)，深圳踢踢電子，誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明

27超高速、小型化應(yīng)用行星減速器的結(jié)構(gòu)主要包括中心太陽輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈。工作時(shí)中心太陽輪驅(qū)動(dòng)內(nèi)部受力旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)行星齒輪在內(nèi)齒圈軌道內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，依賴齒輪之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的減小，行星架作為輸出軸，將減速后的運(yùn)動(dòng)傳遞給負(fù)載。實(shí)現(xiàn)輸入進(jìn)來的高轉(zhuǎn)速通過齒輪件傳動(dòng)后將速度

降低再輸出的效果，主要作用就是將電機(jī)的高速低扭轉(zhuǎn)換為低速高扭。行星減速器可以實(shí)現(xiàn)更高的減速比和扭矩輸出。通過多個(gè)行星齒輪級(jí)的串聯(lián)，每一級(jí)都能降低轉(zhuǎn)速并增加扭矩。減速比的大小由幾級(jí)減速比

的乘積決定。輸入軸行星輪輸出法蘭輸入法蘭輸入軸承輸出軸行星架

齒圈3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.2、行星減速器介紹內(nèi)齒圈與外部箱體中心太陽輪

行星齒輪輸入端中心太陽輪驅(qū)動(dòng)

內(nèi)部受力旋轉(zhuǎn)輸出端行星齒輪外接其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行輸出資料來源：科峰智能招股說明書，華鑫證券研究誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效精密行星減速器結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)部相互嚙合帶動(dòng)內(nèi)部行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)最后一頁重要免責(zé)聲明

28包括波發(fā)生器，傳動(dòng)的輸入單元；柔輪，是一個(gè)柔性部件，工作中在不斷變形，通過外齒輪進(jìn)行大扭矩的輸出；剛輪，為帶有內(nèi)齒的剛性結(jié)構(gòu)波發(fā)生器會(huì)發(fā)生可控變形，帶動(dòng)柔輪轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪外齒輪通過彈性變形與剛性齒輪嚙合，向剛輪傳遞動(dòng)力高精度、高減速比抗沖擊能力和壽命有限精密動(dòng)作包括行星輪、太陽輪和內(nèi)齒圈。太陽輪連接輸入軸，行星輪連接輸出軸中心太陽輪驅(qū)動(dòng)內(nèi)部受力旋轉(zhuǎn)，

帶動(dòng)行星齒輪在內(nèi)齒圈軌道內(nèi)進(jìn)

行旋轉(zhuǎn)，依賴齒輪之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞和轉(zhuǎn)速減小體積小，質(zhì)量輕，穩(wěn)定性好單級(jí)的傳動(dòng)比較低精密動(dòng)作包括兩級(jí)傳動(dòng)裝置，第一級(jí)為單級(jí)行星齒輪減速器，第二級(jí)為差動(dòng)齒輪減速器通過行星減速器初步減速，再由針齒盤與擺線齒輪實(shí)現(xiàn)精確嚙合減速高負(fù)載，高剛性，壽命長

體積大，重量大結(jié)構(gòu)支撐，大扭矩輸出精密減速器類別圖片示例結(jié)構(gòu)組成工作方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用場景目前市面上用于人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的減速器主要有以下三種：RV

減速器、諧波減速器和行星減速器。RV

減速器高剛性、高負(fù)載，但體積和重量較大；諧波減速器精度最高，但抗沖擊力和壽命有限；行星減速體積小、質(zhì)量輕、穩(wěn)定性好，但單級(jí)傳動(dòng)比較低。3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.2、

行星減速器和其他減速器對(duì)比資料來源：《工業(yè)機(jī)器人用精密減速器研究現(xiàn)狀》材誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效最后一頁重要免責(zé)聲明29諧波減速器行星減速器RV減速器3.2、頭部廠商介紹各公司專注于減速器及相關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，憑借技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)品創(chuàng)新，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、人形機(jī)器人、新能源、醫(yī)療等行業(yè)。公司名稱日本新寶

紐卡特

紐氏達(dá)特科峰智能公司名稱中大力徳兆威機(jī)電秦川機(jī)床

豐立智能45-235

全系列斜齒行星減速器產(chǎn)品、16-1720全系列直齒精密行星減速器行星減速器、微型行星減速器、智能減速器等產(chǎn)品系列，非標(biāo)公司小型和微型減速電機(jī)在國內(nèi)市場擁有較強(qiáng)的市場地位，

精密減速器實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，

已在與國外先進(jìn)企業(yè)的市場競

爭中占有一席之地，不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的替代一家專業(yè)從事小模數(shù)齒輪、精密減速器及零部件等產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高新技術(shù)企業(yè)，擁有50項(xiàng)專利技術(shù)，其中發(fā)明專利12

項(xiàng)。專業(yè)從事微型傳動(dòng)系統(tǒng)、精密注塑件和精密模具的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高新技術(shù)企業(yè)，主要為客戶提供定制化微型傳動(dòng)系統(tǒng)和精密注塑件秉承歐洲技術(shù)，擁有大量進(jìn)口加工中心、車削中心、全自動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)、插齒機(jī)、磨齒機(jī)和真空離子氮化技術(shù)及先進(jìn)的裝配線國內(nèi)規(guī)格最全、系列最多、滿足5—1000KG

負(fù)載匹配全系列工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器產(chǎn)品的供應(yīng)商，尤其是大負(fù)載產(chǎn)品“精密行星減速器+伺服電機(jī)+微型傳動(dòng)系統(tǒng)、精密注塑件和

驅(qū)動(dòng)”模組化產(chǎn)品精密模具在齒輪加工機(jī)床、螺紋磨床、加工中心、車削中心、外圓磨床等領(lǐng)域處于國內(nèi)第一梯隊(duì)已在高端機(jī)床、頂管機(jī)、半導(dǎo)體、醫(yī)藥裝備、包裝機(jī)械等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)口替代德國公司，2004年在沈陽成立分公司，有1400萬種可能的減速機(jī)配置資料來源：科峰智能招股說明書，紐氏達(dá)特官網(wǎng)，中誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析齒輪、精密減速器及零部件、新能源傳動(dòng)以及氣動(dòng)工具日本公司，在國際市場和中國市場均占有最大份額產(chǎn)品類型無級(jí)變速器、減速器

減速器最后一頁重要免責(zé)聲明定制化產(chǎn)品數(shù)千種產(chǎn)品類型簡要情況簡要情況30公司名稱系列名稱產(chǎn)品圖片徑向尺寸范圍(單位：mm)1級(jí)傳動(dòng)比2級(jí)傳動(dòng)比最小尺寸的減速器重量(單級(jí))(單位：kg)最小尺寸的運(yùn)行噪音(單位：dB)最小尺寸的額定輸出扭矩(單級(jí)

)

(單位：

Nm)最小尺寸的最大輸出扭矩(單級(jí)

)

(單位：

Nm)特點(diǎn)60-75-100-140-180-210-2403～1015～1001.6/18～2735～50高精度，高適配、在壽命期內(nèi)無需更換潤滑劑、安裝便捷70-90-120-160-2053～1010～641.4<5832～4454～88斜齒輪，齒與齒之間更緊湊70-90-1103～109~1002.15815～3324～53符合較高的安全和衛(wèi)生要求22-32-42-52-62-72-82-105-1203.7～6.7514～46/<601~42~8終生潤滑，任意安裝3.2、

各家行星減速器產(chǎn)品性能比較各家行星減速器的可選尺寸范圍較大，從性能角度來看，國內(nèi)廠商與海外廠商產(chǎn)品并無顯著差距。62-80-1084～1016～1003.2<6029~3246~51耐腐蝕，衛(wèi)生設(shè)計(jì)3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析頭部廠商行星減速器產(chǎn)品對(duì)比誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效資料來源：Neugart

產(chǎn)品手冊(cè)，Shimpo

產(chǎn)

品最后一頁重要免責(zé)聲明科峰智能SPLS威騰斯坦HDV日本新寶VRS中大力徳ZPN紐卡特HLAE313.2、

行

星

減

速

器

競

爭

歌

劇

院行星減速器市場競爭格局較為分散。

因其技術(shù)門檻相對(duì)較低，市場競爭較為激烈，沒有明顯的市場主導(dǎo)企業(yè)。2022年精密行星減速器的

國內(nèi)和國外市場都以日本新寶為首。國內(nèi)廠商如科峰智能、紐氏達(dá)特在中國市場一定程度上能實(shí)現(xiàn)對(duì)國外產(chǎn)品的替代。精銳科技，7.50%科峰智能，利茗，5.30%其他，52.70%威騰斯坦，

10.70%紐卡特，10.90%其他，46.10%資料來源：科峰智能招股說明書，華鑫證券研究誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析2022年中國精密行星減速器市場份額紐氏達(dá)特，9.40%精銳科技，7.10%2022年全球精密行星減速器市場最后一頁重要免責(zé)聲明

32科峰智能，11.70%日本新寶

，12.90%日本新寶

，5.40%減速比效率自鎖性精度承載能力運(yùn)行平穩(wěn)性磨損與壽命成本適用場景資料來源：景一精工，KHK官網(wǎng)，華鑫證

誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效蝸輪蝸桿和絲杠均能夠改變運(yùn)動(dòng)方向，但適用于不同場景。蝸輪蝸桿適合需要高減速比和自鎖性的場景，特別是在靈巧手中用于關(guān)節(jié)固定或穩(wěn)定負(fù)載的位置控制。滾珠絲杠本質(zhì)是線性傳動(dòng)裝置，通常不具備高減速比功能，其機(jī)械減速能力取決于螺距(導(dǎo)程)。滾珠絲杠更適合需

要高精度和高效率的傳動(dòng)任務(wù)，比如快速且精確地調(diào)整關(guān)節(jié)位置或?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜抓取動(dòng)作。蝸輪蝸桿與滾珠絲杠性能對(duì)比滾珠絲杠較低，需結(jié)合電機(jī)控制完成減速高(>90%)無，需要額外機(jī)構(gòu)高，定位重復(fù)性好優(yōu)秀高磨損慢，壽命長較高需高精度、高效率傳動(dòng)場景蝸輪蝸桿高，單級(jí)可達(dá)大幅減速低(30%-90%)有中等，易受齒輪間隙影響

較好高磨損快，需定期潤滑一般需位置鎖定，低速高扭矩應(yīng)用3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.3、絲杠可以有效提升靈巧手的載荷和抗沖擊性最后一頁重要免責(zé)聲明

33滾珠絲杠螺母組件包含多個(gè)滾珠軸承，能夠處理中等負(fù)載的滾珠軸承有最小尺寸要求。與相似尺寸和導(dǎo)程的滾柱絲杠相比，滾珠軸承的半徑需要更粗糙的螺距，導(dǎo)致接觸點(diǎn)更少。加上較小的接觸半徑和允許軸承互相接觸的設(shè)計(jì)，限制了滾珠絲杠的DLR(Dynamic

Load

Rating),

導(dǎo)致較低的力和較短的使用壽命。相比于傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)，行星滾柱絲杠傳動(dòng)呈現(xiàn)多副(螺紋副和齒輪副)、多體(多個(gè)零件參與嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力)、多點(diǎn)(螺紋副多點(diǎn)接觸)的嚙合特征，故在相同絲杠直徑下，行星滾柱絲杠比滾珠絲杠的承載能力提高6倍，相同負(fù)載下節(jié)省1/3

空間，壽命提高14倍，工作環(huán)境溫度范圍提高2倍。在實(shí)際應(yīng)用中，滾柱相對(duì)于螺母無軸向運(yùn)動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min,

螺母直線速度可達(dá)2m/s。

采用行星滾柱絲杠作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的EMA與采用滾珠絲杠的EMA

相比相同推力下重量減少30%,相同重量下推力提升50%。

而且，行星滾柱絲杠可采用微小導(dǎo)程(螺距可達(dá)0.3mm),

不僅更便于控制傳動(dòng)精度和提升動(dòng)態(tài)頻響，而且由于更多接觸點(diǎn)同時(shí)參與傳力，能夠?qū)崿F(xiàn)重載條件下的超高精密傳動(dòng)。性能滾柱絲杠滾珠絲杠動(dòng)態(tài)額定載荷非常高中等壽命很長，幾倍于滾珠絲杠一般沖擊載荷非常高中等相對(duì)體積最小中等加速度高中等3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析3.3、滾柱絲杠和滾珠絲杠比較優(yōu)勢在于精度、載荷、壽命等多方面行星滾柱絲杠與滾柱絲杠性能對(duì)比最后一頁重要免責(zé)聲明

34資料來源：TOLOMATIC,華鑫證券研究誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效高

一般PLANETARY

ROLLER

SCREW性能指標(biāo)UHMWPE(Dyneema/Spectra)鋼絲繩安全性安全性高，以線性方式斷裂低于高分子纖維繩強(qiáng)度高，是鋼絲的15倍(同重量)相對(duì)較低，同直徑下最大載荷低于高

分子纖維繩重量輕，具有低密度特性較重，密度高耐磨性優(yōu)異，適用于耐磨應(yīng)用良好，但低于高分子材料拉伸性低拉伸性，操作平穩(wěn)耐化學(xué)性高，能抵御潮濕、紫外光與化學(xué)試劑的侵蝕中等，易受腐蝕影響成本可能較高，取決于應(yīng)用和生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較低，但維護(hù)成本可能較高耐水性防水，能浮于水面一般，易受水分影響耐疲勞性優(yōu)異，適合長期高負(fù)載運(yùn)行中等，易出現(xiàn)疲勞斷裂耐溫性熔點(diǎn)相對(duì)較低(約138℃),并且在極低溫度下沒有脆點(diǎn)，無法保持性能耐溫性較好，但易受高溫影響抗蠕變性較差，易發(fā)生形變較好，但長期負(fù)載下可能發(fā)生蠕變3.4、

主流靈巧手腱繩材料性能主流靈巧手腱繩材料主要分為高分子材料和不銹鋼兩大類。其中，高分子材料為超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，主要包括Dyneema

和

Spectra

兩類，具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐磨損、耐化學(xué)侵蝕、耐磨和抗紫外線等特性，延長了繩索的使用壽命。相比之下，鋼絲繩在傳動(dòng)效率

方面有一定優(yōu)勢，但其未端固定困難、不能承受小的回轉(zhuǎn)半徑、強(qiáng)度較低、壽命短等缺點(diǎn)限制了其在靈巧手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。此外，鋼絲繩的

斷裂行為不均勻，反沖力難以預(yù)測，而高分子材料的腱繩則表現(xiàn)出線性、可預(yù)測的反沖力，斷裂時(shí)更安全。3、靈巧手關(guān)鍵零部件解析超高分子量聚乙烯

(UHMWPE)

纖維資料資源：貝澤精密產(chǎn)品官網(wǎng)，Access

Ropes產(chǎn)品官網(wǎng)靈巧手的腱繩材料性能比較最后一頁重要免責(zé)聲明

35超高分子量聚乙烯

(UHMWPE)繩索誠信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效鎢鋼絲繩3、