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

灵巧手作为人形机器人实现泛化操作的核心部件，具有重要的技术价值和市场潜力。其主要作用包括：

• 体现人形机器人的泛化性
• 成本占比最高，约 $20% - 30%$
• 是当前产业链中的瓶颈环节
• 在AI数据闭环中扮演数据采集窗口角色

灵巧手按传动方式可分为齿轮/蜗轮蜗杆、连杆、腱绳三大类。国内企业多采用连杆方案，海外企业则更倾向腱绳方案。

主要观点

1. 灵巧手的三大传动方案

   • 齿轮/蜗轮蜗杆：结构紧凑，但手指笨重、控制复杂。
   • 连杆：结构稳固、易于维护，但柔性不足，难以实现高灵巧性。
   • 腱绳：具备高自由度，灵活性强，但存在寿命短、装配复杂、摩擦控制难等问题。

2. 当前市场方案对比

   • 国内企业：兆威机电、因时、灵心巧手，主要采用连杆方案，实现17个以上自由度。
   • 海外企业：特斯拉、DLR Hand Arm System，采用腱绳方案，实现22个自由度以上，更接近人类手部灵活性。

3. 灵巧手硬件五大方向

   • 微型电机：空心杯电机和无刷直流电机是主流，空心杯电机BOM占比高，价值量显著。
   • 驱控芯片：高性能、低功耗、高集成是关键，国产替代空间广阔。
   • 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流方案，后者性能更优。
   • 腱绳：是绳驱方案的关键瓶颈，目前钢丝绳和UHMWPE纤维方案并行发展。
   • 触觉传感器：是实现灵巧操作的关键，未来有望从指尖扩展至手掌和整手，市场规模有望扩大。

关键信息

• 微型电机：空心杯电机体积小、重量轻、控制精度高，但寿命较短；无刷直流电机成本低、寿命长、效率高。
• 驱控芯片：峰昭科技具备领先技术，有望在电机控制芯片领域实现国产替代。
• 微型丝杠：滚珠丝杠精度高、效率好，行星滚柱丝杠承载力更强，但加工难度大。
• 腱绳：目前主要采用钢丝绳和UHMWPE纤维，各有优劣，UHMWPE纤维具备高比强度，但耐高温和抗蠕变性能不足。
• 触觉传感器：以MEMS和柔性传感器为主，未来将向整手扩展，电子皮肤技术逐步成熟。

投资建议

1. 兆威机电：具备灵巧手整体设计能力和一体化供应能力，采用连杆+直驱组合方案，性能稳定，可靠性高。
2. 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，未来有望在灵巧手领域获得增长。
3. 峰昭科技：深耕电机控制芯片领域，具备高集成度和低功耗优势，有望成为国产替代的代表企业。

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（摘要）

• 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第一代和第二代
• 图表5：DLR-HIT-Hand II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