机器人灵巧手行业深度：行业概况、核心部件、市场空间及相关企业深度梳理

作为结合了仿生学新型末端执行器的灵巧手，拥有灵巧性高、适应性强、可完成多种不同类型的复杂操作等优点。随着工业自动化的发展以及 AI 技术的普及，机器人在各行各业的渗透率也在逐步提升。特斯拉 Optimus 量产在即，预计 3-5 年实现量产，且达到百万级。根据头豹研究院数据，保守估计 2030年人形机器人的销量达到 100 万台，乐观情况下，2027 年达到 100 万台，2030 年达到 270 万台。 人形机器人产业的快速发展将为灵巧手市场带来增量需求，根据头豹研究院预测，预计保守情况下，2030 年全球人形机器人灵巧手市场规模为 320.6 亿元，年复合增长率为 81.2%，乐观情况下达 879.7 亿元，年复合增长率为 109.3%。 循着以上主要产业发展态势，我们对机器人灵巧手行业进行具体探讨分析，以期帮助大家更为全面地了解机器人灵巧手的行业发展面貌。灵巧手当前发展呈现怎样的市场概况？机器人灵巧手有哪些具体的市场应用？在整体产业发展中面临的核心矛盾是什么？市场的技术路线又是怎样的？机器人灵巧手有哪些核心部件，其具体发展情况怎样？市场上产业格局及相关企业发展情况如何？以及站在后续发展的视角下，灵巧手的未来发展方向如何？市场空间又有多大？以下内容我们将分别对相关问题展开分析梳理。 目录 一、行业概况 ............................................................................. 1二、机器人灵巧手 ......................................................................... 3三、核心矛盾 ............................................................................ 10四、主流技术路线 ........................................................................ 12五、核心部件分析 ........................................................................ 17六、产业格局 ............................................................................ 23七、相关公司 ............................................................................ 25八、未来发展方向 ........................................................................ 29九、市场空间 ............................................................................ 30十、参考研报 ............................................................................ 32 一、行业概况 1、灵巧手：模仿人手的结构和功能，是机器人末端执行的工具 灵巧手是机器人操作和动作执行的末端工具，在机器人学领域属于末端执行器的范畴。末端执行器是机器人执行部件的统称，一般安装于机器人腕部的末端，是直接执行任务的装置。末端执行器作为机器人与环境相互作用的最后环节与执行部件，对提高机器人的柔性和易用性有着极为重要的作用，其性能的优劣在很大程度上决定了整个机器人的工作性能。 灵巧手模仿人手的结构和功能，在机器人与环境的交互中起着关键作用。机器人灵巧手从结构和功能上参考人手，能够灵活操作对象，实现对物体的灵活抓取，满足多种工作需求。如特斯拉机器人“灵巧手”使用较为经典的六电机驱动方式，和人手一样同样使用 5 个手指，拥有 11 个自由度，拇指采用双电机驱动弯曲和侧摆，其它四指各用一个电机带动，可完成搬运、浇花、实现装配任务、抓取电动工具等动作。 2、灵巧手发展历程：历经四大发展阶段，当前处于第四阶段 3、国产灵巧手优势显著 （1）国产灵巧手有较大的价格优势 国外灵巧手的价格及应用领域：灵巧手技术壁垒较高，目前国外一些灵巧手技术先进，但是设计难度大，零部件多，所以价格很高，一般用于科研领域，如 Shadow 灵巧手报价约 220 万元/只。用于假肢领域的仿生灵巧手灵活程度稍差一些，但价格也相对较低，如德国的 Bebionic 仿生灵巧手价格至少 32 万元/只。 国内灵巧手的价格优势：灵巧手的国内生产商有因时机器人、浙江强脑科技、思灵机器人、蓝胖子机器智能等。其中浙江强脑科技的 BrainRobotics 仿生灵巧手应用领域是假肢行业，标准版价格是 10.8 万元/只。因时机器人是国内商业级五指灵巧手的龙头企业，因时灵巧手与特斯拉灵巧手有着类似的关节数和相同的电机数目，现在价格为 5 万元/只。后续国内灵巧手生产商将可能有望凭借降本优势进入特斯拉这样的人形机器人本体生产商的供应链。 （2）国内灵巧手可实现灵活抓取 人手的抓取操作：人手的运动涉及相当高的灵活性水平，能做出各种各样的动作，适用于执行各种需要抓握力的任务。人手有十三种基本功能，其中抓取操作有勾拉、侧捏、动态操作、球形抓握、球形指尖握、柱状抓握、二指尖捏和多指尖捏八种。 因时灵巧手可实现灵活抓取：虽然国外灵巧手在性能上高于国内灵巧手，例如 Shadow 灵巧手比因时灵巧手关节更多，自由度更多，传感器更多。但是国内的因时灵巧手在功能上也可以实现灵活抓取，可以复现人手的主要抓取操作。以因时灵巧手为代表的国内灵巧手可以满足人形机器人对灵巧手的基本要求，有望凭借价格优势实现一定的市场占有率。 二、机器人灵巧手 1、分类 机器人灵巧手作为一种新型的末端执行器，在机器人与环境的交互中起着关键作用。根据自由度数量、驱动方式、机械传动形式以及感知技术的不同，灵巧手可以分为若干类型。 （1）自由度数量 根据自由度与驱动源数量，可将灵巧手分为全驱动和欠驱动两大类。全驱动灵巧手驱动源的数量与被控制灵巧手的自由度数量相等，欠驱动灵巧手被控制的自由度多于驱动源的数目，缺少驱动源的部分则进行耦合随动。 （2）驱动方式 驱动系统是整个系统的动力源，是系统输出力的保证。灵巧手的驱动方式根据驱动器是否布置在手指内主要分为两种：驱动器内置与驱动器外置。早期的多指灵巧手一般将驱动器外置，主要是受驱动器结构尺寸影响，难以嵌入手指内。随着材料、工艺技术的发展，驱动器的尺寸逐渐减小，机器人多指灵巧手逐渐走向驱动器内置式。驱动器内置很难做到驱动整根手指，于是混合式多指灵巧手的概念就出现了，即驱动器外置和内置相结合的方式，进一步提高手指的输出力矩，保证较高自由度的同时，控制体积大小。 驱动源是驱动系统的动力源，驱动源性能决定了驱动系统的驱动性能。目前，主流的驱动源有：电机驱动、液压驱动、气压驱动、形状记忆合金（SMA）驱动。 电机驱动：目前多指灵巧手的主要驱动方式，具有驱动力大、控制精度高、响应快、模块化设计、易于更换维护等优点。但是电机本身固有的体积较大等缺陷，导致无论是外置还是内置，都会占用较大的物理空间，并且市场上很难匹配到通用电机。 液压驱动：液压驱动式机械手的驱动系统一般由液动机、伺服阀、油泵和油箱等组成，驱动机械手完成任务，常被用于工业机械手中，适合大型抓取作业。液压驱动能获得较大的工作力，能带动较大的负荷，但体积大，成本高，容易被污染。 气压驱动：基于气动驱动的灵巧手是近年来的研究热点，它是比较接近人体肌肉驱动的一种方式。气压驱动的优势在于操作方便、质量轻巧、动作迅速、价格适中、维护简便，缺点在于可操作性不强，轨迹精度不够。 形状记忆合金(SMA)：形状记忆合金是美国海军在研究时无意发现的一种金属材料，之后更多种类的 SMA被大量研发。其中，Ni-Ti 形状记忆合金的性能较为优良，广泛应用于多个领域。形状记忆合金驱动适合小型、高精度机器人装配作业，它可以进行负载驱动快速反应，且位移大，变位迅速，但其无法长时间工作，并且疲劳强度较低。 （3）机械传动形式 机器人灵巧手传动系统把驱动器产生的运动合力以一定的方式传递到手指关节，从而使关节做相应的运动，传动系统的设计与驱动器密切相关。虽然驱动源是影响灵巧手体积重量的重要因素，但是抓取稳定性和灵活性等重要指标取决于传动系统。 灵巧手的主要传动方式有腱传递、连杆传动和齿轮/蜗轮蜗杆传动。线绳驱动是目前灵巧手研究中应用最为广泛的一种传动方式；齿轮/蜗轮蜗杆传动在工业机器人中应用比较广泛；连杆传动多用于工业和商业用途，多个连杆串并联混合的使用形式较为常见。 （4）感知技术 机器人灵巧手的感知技术可以分为内部感知和外部感知。灵巧手的运动参数如位置、速度、加速度等均属于内部感知检测的范围，外部感知则针对于周围环境的信息检测，外部环境信息的复杂多样性增加了检测的难度。内外部传感器提供了对手部位置、姿态、物体位置和力度的准确测量，为灵巧手的操控提供了必要的反馈信息。然而，要实现像人类皮肤一样的复杂和柔性结构并保持优良的感知功能依然很困难，因此，电子皮肤的研究将会是灵巧手感知技术的一个热点问题。 1）内部传感器 运动传感器：在灵巧操作过程中，运动传感器用于测量机器人手的关节角度、电机位移等。对于机器人的运动学分析而言，这两类信息都是必不可少的。更精确的关节角度信息可以减少指尖的运动误差。两种常见的运动传感器为位置传感器（Position Sensor）和弯曲传感器（Bend Sensor）。 力/力矩传感器：力/扭矩传感器提供机械手的动态信息，动态信息是机械手进行稳定的灵巧抓取和操作的必要条件。因此，力/扭矩传感器对于与未知物体进行交互至关重要，无论在操作安全性还是自主性方面都是如此。对于机械手和机器人手而言，关节处通常都配备有关节扭矩传感器。 2）外部传感器 接近觉传感器：在抓取或操纵物体之前，接近觉传感器总是用来为机器人提供检测物体表面和物体与机器手之间相对位置的能力。对于人类来说，这种能力通常由视觉反馈提供，但对于机器人来说，这种能力可以由接近觉传感器提供。有了接近觉传感器，机械手就能在操作前估算出物体的位置、形状和其他物理信息。对于灵巧操作而言，提前了解这些信息有助于提高操作的成功率。 触觉传感器：对于人类的双手来说，触觉系统可以提供丰富的信息，如抓取物体的力度、质地、温度和硬度等，人类双手的熟练程度取决于其复杂的结构和强大的感觉系统。在早期阶段，触觉传感器研究的主要方向是压力和力的测量，几乎所有的机械手都将配备这类传感器，通常安装在指尖，用于测量多维力。目前大多数机器手配备的传感器都是多阵列触觉传感器（Multiarraytactile sensor），但仍然只能感知单模态信息。对于机械手来说，同时获取多模态触觉信息也很重要，多模态传感器（MultimodalSensor）提供了解决方案，可同时获取多种触觉信息。 7/32从感知中获得的信息可以帮助机器人有效地做出决策。在操纵物体时，可以应用规划、控制和学习等不同方法来计算灵巧机械手的运动和控制方案。 2、国内外市场应用 （1）国内市场 1）腾讯TRX-Hand灵巧手 腾讯RoboticsX实验室于2023年4月25日推出自研机器人灵巧手TRX-Hand和机械臂TRXArm。灵巧手TRX-Hand 拥有像人手一样灵活的操作能力，可适应不同场景，灵活规划动作，自主完成操作。在运动能力上，得益于创新的刚柔混合驱动专利技术和自研高功率密度驱动器 TRXHand 兼具高灵巧和高负载速度的特性，拥有 8 个可独立控制关节，自重仅 1.16 千克，最大持续指