人形机器人系列专题之灵巧手：仿生设计大势所趋，Optimus+Gen3带动电机、腱绳、微型丝杠需求扩张

人形机器人系列专题之灵巧手：仿生设计大势所趋，Optimus Gen3带动电机、腱绳、微型丝杠需求扩张 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 2025年02月06日 证券分析师：周旭辉证书编号：S1160521050001证券分析师：唐硕证书编号：S1160524090002 灵巧手作为人形机器人末端执行器，在机器人与环境的交互中起到关键作用，拟人化仿生设计大势所趋。 灵巧手结构设计三要素：驱动、传动、感知。典型灵巧手由驱动系统、传动系统、感知系统和控制系统构成，其中结构设计涉及驱动、传动和感知系统。 驱动系统：电机驱动是灵巧手主流驱动方案，由电机和减速器构成。1）电机：空心杯电机与人形机器人手指关节匹配度较高，无刷有齿槽电机或成降本可行方案。空心杯电机具备效率高、精度高、结构紧凑、稳定性高等优点，与灵巧手手指关节匹配度较高。无刷有齿槽电机具备更高输出转矩，成本更低，参考maxon线上商城，空心杯电机售价在2000-3000元，而无刷有齿槽电机售价在百元级别，若配合结构设计优化（如驱动系统外置），无刷有齿槽电机有望部分替代空心杯电机实现降本。2）减速器：降转速提扭矩，行星&谐波减速器均有应用。 《人形机器人系列专题之减速器：供需缺口有望出现，国内厂商加速导入》2025.02.05 传动系统：腱绳传动是目前主流方案，微型丝杠新型传动方案优点突出，腱绳+丝杠复合传动优势互补。1）腱绳：腱绳传动具备排布灵活、柔性传动等优点，但负载能力较弱，是应用最多的传动形式，主流腱绳材料包括钢丝绳和超高分子量聚乙烯纤维。2）丝杠：新型微型丝杠传动方案具备高承载、高效率、高精度和高可靠性优点，丝杠+腱绳复合传动可实现优势互补。 《人形机器人系列专题之力传感器：六维力核心壁垒高，国产企业崭露头角》2025.01.22 感知系统：1）力/力矩传感器：主要应用于灵巧手手指及手腕处，助力灵巧手实现精准力控；2）触觉传感器：赋予灵巧手触觉感知能力，未来向具备阵列化、柔性化和集成化特点的电子皮肤方向演进。 《澳洲锂矿最新动态追踪》2024.12.31 《国内外头部玩家躬身入局人形机器人，央地政策鼓励》2024.12.14 Optimus灵巧手迭代复盘与展望：自由度提升+驱动系统外置+丝杠腱绳复合传动。Optimus一代灵巧手采用空心杯电机+齿轮箱（齿轮+蜗杆）+金属腱绳方案，二代灵巧手外观采用全新工业设计，并在指腹处引入触觉传感器单元，整体变化较少。三代灵巧手方案相比前两代有大幅改变，核心变化包括驱动系统外置与手臂中，自由度由11个提升至22个，并且采用丝杠替代蜗杆与腱绳组成复合传动系统。 《固态电池产业链梳理》2024.12.02 【配置建议】 特斯拉作为人形机器人领军企业，灵巧手方案定型具备行业示范作用，基于Optimus Gen3灵巧手方案的核心变化，优先推荐电机、腱绳和丝杠环节。 电机环节，预计OptimusGen3灵巧手单手电机个数将由6个提升至13/17个，由于驱动系统外置于手臂中，空间容忍度提升，无刷有齿槽电机或部分替代空心杯电机，技术难度降低利于国产化渗透，同时电机环节需要掌握机械和电控双重技术，相比其他环节更易向灵巧手集成解决方案拓展，推荐鸣志电器、兆威机电、伟创电气，建议关注江苏雷利（鼎智科技）、禾川科技等； 腱绳环节，驱动系统外置于手臂中导致驱动源距离手指关节距离变长，单根腱绳长度变长，同时腱绳用量跟随电机数量提升也将同比增加，关注大业股份、同益中、恒辉安防等。 丝杠环节，OptimusGen3灵巧手引入微型丝杠取代蜗轮蜗杆作为中段传动，提高传动效率，并提升灵巧手操控精度和负载能力，预计丝杠需求量将与电机数量匹配，推荐震裕科技、北特科技，建议关注五洲新春、恒立液压等； 其他环节中传感器推荐柯力传感、东华测试，建议关注安培龙等；电子皮肤推荐福莱新材，建议关注日盈电子、汉威科技等；减速器推荐丰立智能，建议关注绿的谐波、中大力德等。 【风险提示】 人形机器人商业化进度不及预期； 市场竞争加剧风险；灵巧手及相关配件国产化不及预期。 正文目录 1.灵巧手：机器人环境交互及功能执行终端........................................................52.灵巧手结构设计三要素：驱动、传动、感知....................................................82.1.驱动系统...........................................................................................................82.1.1.电机：空心杯电机适配手指关节，直流无刷电机推动降本.........82.1.2.减速器：降转速提扭矩，行星&谐波减速器均有应用.............152.2.传动系统.........................................................................................................192.2.1.腱绳传动：目前主流传动形式，具有排布灵活、柔性传动等优点.202.2.2.丝杠传动：新型传动方案，与腱绳优势互补...................212.3.感知系统.........................................................................................................222.3.1.力/力矩传感器：帮助灵巧手实现精准力控，应变式性能更优.....232.3.2.触觉传感器：赋予灵巧手触觉感知能力，逐步向仿生电子皮肤演进253.Optimus灵巧手迭代复盘与展望.......................................................................274.投资建议.............................................................................................................315.风险提示.............................................................................................................32 图表目录 图表1：特斯拉Optimus分拣电池........................................................................5图表2：特斯拉Optimus叠衣服...........................................................................5图表3：人手自由度分析........................................................................................5图表4：各研究机构灵巧手自由度情况................................................................6图表5：全驱动灵巧手............................................................................................7图表6：欠驱动灵巧手............................................................................................7图表7：灵巧手结构设计........................................................................................8图表8：不同驱动类型对比....................................................................................9图表9：直流有刷电机结构图..............................................................................10图表10：按工作电源/用途的电机分类..............................................................10图表11：人形机器人主要应用电机类型对比....................................................11图表12：有刷空心杯电机结构图........................................................................12图表13：无刷空心杯电机结构图........................................................................12图表14：卷绕线圈制造流程................................................................................12图表15：一次成型后的线圈................................................................................12图表16：空心杯电机线圈绕制形式....................................................................13图表17：国内外空心杯电机主要供应商..........................................................13图表18：有齿槽电机及无齿槽电机结构图........................................................14图表19：有齿槽电机和无齿槽电机特点对比..................................................14图表20：maxon直流无刷电机与空心杯电机对比.............................................15图表21：减速器工作原理....................................................................................15图表22：主要精密减速器类型及特点................................................................16图表23：主要精密减速器性能指标....................................................................16图表24：行星减速器基本内部结构....................................................................17图表25：行星减速器多级驱动结构.........................................................