交运设备-汽车行业深度：特斯拉引领灵巧手技术升级，驱动、传动和感知方案迭代催生新投资机遇

证券研究报告 【中泰汽车】行业深度：特斯拉引领灵巧手技术升级，驱动、传动和感知方案迭代催生新投资机遇 汽车行业首席分析师：何俊艺 S0740523020004 hjyztscomcn 汽车行业分析师：刘欣畅 S0740522120003 liuxc03ztscomcn 汽车行业分析师：白臻哲 S0740524070006 baizzztscomcn 汽车行业分析师：汪越 S0740525010002 wangyue07ztscomcn 汽车行业分析师：毛玄 S0740523020003 maoyxztscomcn 2025年4月2日1 核心内容 灵巧手：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以及任务执行中起到关键作用。人手拥有21个自由度，灵巧手进行仿人手设计是为了方便机器人复用人类生产所用工具，因此机器人灵巧手的复杂程度远超其他机器人部件。灵巧手设计的关键要素包括驱动、传动和感知，设计朝着更多自由度、更接近人手和更轻量化方向发展。 特斯拉Optimus灵巧手复盘，自由度驱动传动感知全面升级。Optimus一代灵巧手拥有6个主动自由度，驱动采用空心杯电机，传动采用齿轮箱（齿轮蜗杆）金属腱绳方案，每个手指搭配霍尔效应传感器，缺点在于无法精密抓取，仅适合用于工厂环境。1）Optimus新一代灵巧手核心变化：单手自由度提升至22个；电机增加至1317个；无刷有齿槽电机替换部分空心杯电机；采用行星齿轮箱行星滚柱丝杠腱绳三级传动方案；触觉传感器覆盖更广，集成六维力传感器。2）基于以上变化，我们展望未来：特斯拉方案引起其他本体厂模仿；灵巧手可用场景或从工厂升级至C端； 降本是设计方案的重要考量因素。 驱动：电机是灵巧手理想驱动方案，数量一般与自由度对应。空心杯电机因其平稳、低噪音、结构紧凑等优势被用于灵巧手，海外大厂在专业绕线设备和绕组设计上具有优势，2022年五大空心杯电机企业占据67市场份额。无刷有槽电机尺寸相对较大，但可将灵巧手电机外置于手臂，从而降低空间的限制，无刷有槽电机未来有机会替代部分空心杯电机，帮助灵巧手降本和供应链国产化。建议关注：兆威机电、鸣志电器、拓邦股份、鼎智科技、伟创电气、禾川科技。 传动：减速器持续创新，腱绳传动广泛使用，丝杠为重要增量。1）减速器：行星和谐波减速器可用于灵巧手中，行星减速器价格优势明显，国产化空间显著，建议关注：中大力德、绿的谐波。2）腱绳：腱绳传动灵活柔性，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，建议关注：同益中、南山智尚、石化油服、恒辉安防、大业股份。3）丝杠：价值量高且为灵巧手新增部件，与腱绳复合传动可实现优势互补，行星滚柱丝杠具备高精度和传动效率，目前成本较高，随着降本有望逐步取代滚珠丝杠成为主流传动方案，目前国产化率还较低，建议关注：五洲新春、恒 立液压、北特科技、长盛轴承、双林股份。 感知：感知能力是灵巧手应用的基础。1）六维力传感器：常安装于手腕脚腕关节，高价值品类，建议关注：东华测试、柯力传感、安培龙。2）柔性触觉传感器：覆盖面积增加，感知维度精度增加，未来传感器有望从灵巧手拓展至全身更多部位，建议关注：汉威科技、福莱新材、申昊科技。 风险提示：人形机器人商业化进度不及预期；人形机器人降本进度不及预期；市场竞争加剧；灵巧手及相关配件国产化不及预期；政策支持不及预期； 市场空间测算偏差的风险；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。 2 股价复盘：初期概念产品送样技术升级即将量产，机器人行情持续演绎 1）在特斯拉Optimus概念阶段，市场认知在集中于T链Tier1、执行器和减速器等价值量高、壁垒高的环节；2）Optimus不断迭代升级，行情围绕每次技术升级方向展开；3）Optimus即将量产，叠加华为等多家大厂入局，机器人行情向外围标的扩散。 图表：特斯拉Optimus发展阶段与核心标的复盘 机器人指数上证指数 80 70 60 50 40 30 20 概念阶段 【Tier1、执行器、减速器】三花、拓普、绿的、鸣志个股平均涨跌幅：816 指数涨跌幅：143 马斯克在AIDay首 次提出“TeslaBot” 原型机，运 动能力提升 【丝杠、电机、传感器】北特、贝斯特、柯力传感个股平均涨跌幅：947指数涨跌幅：153 Optimus能稳定行走和抓取 第二代样品， 精细控制迭代 【灵巧手、结构件、电子皮肤】 北特、安培龙、雷赛个股平均涨跌幅：769指数涨跌幅：572 灵巧手重大升级 定型到量产，新 进入者入局阶段 【国内配套供应链、技术增量环节】 福莱、安培龙、兆威机 电、汉威 个股平均涨跌幅：710 指数涨跌幅：71 10 0 10 2025年特斯拉几千台机器人量产目标 20 30 来源：iFind、每日经济新闻等、中泰证券研究所整理 Optimus原型机发布OptimusGen2发布 20210104 20210204 20210304 20210404 20210504 20210604 20210704 20210804 20210904 20211004 20211104 20211204 20220104 20220204 20220304 20220404 20220504 20220604 20220704 20220804 20220904 20221004 20221104 20221204 20230104 20230204 20230304 20230404 20230504 20230604 20230704 20230804 20230904 20231004 20231104 20231204 20240104 20240204 20240304 20240404 20240504 20240604 20240704 20240804 20240904 20241004 20241104 20241204 20250104 20250204 华为正式入局人形机 器人，初步建立生态 3 （注：概念阶段：20218202022926；原型机阶段：202292720231212；第二代阶段：2023121320241210；202412112025219） 目录 一、灵巧手：机器人执行任务的关键，特斯拉Optimus灵巧手历经迭代 灵巧手复杂程度远超机器人其他部件，自由度向仿人手方向发展 灵巧手驱动、传动、感知方案多，各有优劣 特斯拉OptimusGen3灵巧手对自由度、电机、传动方案、感知能力进行全面升级 二、关键要素：驱动方案、传动方案、感知方案 电机：需求量随自由度增加而增加，空心杯电机小型化匹配灵巧手需求，无刷有齿槽电机或成为降本替代方案 减速器：行星谐波减速器在灵巧手均有应用，行星减速器价格优势明显，国产化空间显著腱绳：结合丝杠或成为主流传动方式，材料可选钢丝或超高分子量聚乙烯纤维 丝杠：结合腱绳复合传动或成主流，价值量最高增量零部件，行星滚柱丝杠降本后会成为主流方案 传感：六维力传感器价值量高用于灵巧手手腕，柔性触觉传感使用面积增加 三、投资建议：关注价值量高环节技术演进方向，技术壁垒与降本速度或为公司主要竞争力 兆威机电：微型驱动传动切入灵巧手，布局整机解决方案 中大力德：精密减速器国产化标的，机器人布局领先 北特科技：汽车底盘领军者拓展机器人丝杠，产能布局领先柯力传感：六维力传感器进度领先，布局触觉传感完善生态四、风险提示 4 11灵巧手是末端执行器，对机器人执行任务至关重要 灵巧手是人形机器人末端执行器，通过模仿人手结构可实现装配、拆卸、抓取等复杂任务，常安装于机 器人腕部末端，对提升机器人柔性与易用性至关重要，其性能优劣很大程度决定机器人整体工作表现。 人手拥有21个自由度，复杂程度远超机器人其他部件。人手的每根手指各有3个俯仰（Pitch）的自由度， 共15个。食指、中指、无名指、小拇指在指根关节各有1个旋转（Roll）自由度，大拇指有2个旋转 （Roll）自由度，总计6个。整体人手自由度为21个，此外手腕关节还有额外6个自由度。 两指夹持器 三指夹持器 图表1：两指夹持器、三指夹持器、多关节手指抓持手、多指灵巧手图表2：人手自由度分析 多关节手指抓持手 多指灵巧手 来源：《机器人多指灵巧手的研究现状、趋势与挑战》机械工程学报202108蔡世波等等，中泰证券研究所 来源：小米技术，中泰证券研究所 5 11灵巧手自由度、驱动和传动方案多，各有优劣 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。 灵巧手主要的驱动方式包括4种：液压驱动、电机驱动、气压驱动、形状记忆合金驱动。 灵巧手的主要传动方式有连杆传动、齿轮传动、带传动以及线绳传动。 图表3：灵巧手分类 分类 产品 优势 劣势 自由度与驱动 源数量 全驱动灵巧手（驱 动源数量自由度） 可实现主动控制，像人手般完成各类动作指令，甚至完成要求更高的灵巧动作 需要更多的驱动器，会使手掌体积变大、安装困难、操作复杂 欠驱动灵巧手（驱 动源数量自由度） 集成度高，整体系统简洁高效、体积小、质量轻，便于进行动力学分析 牺牲高自由度性能的结果，存在功能性不足，尤其是对于精度要求比较高的手指精巧控制无法胜任 驱动方式 液压驱动 常被用于工业机械手中，适合大型抓取作业 电机驱动 体积小、响应快，调控方便、稳定性好、精度高、输出力矩稳定 气压驱动 操作方便、质量轻巧、动作迅速、价格适中、维护简便 可操作性不强，轨迹精度不够 形状记忆合金驱动 适合小型、高精度机器人装配作业，可以进行负载驱动，且反应快速，且位移大，变位迅速 无法长时间工作，并且疲劳强度较低 传动方式 连杆传动 能够抓取大型的物体且结构设计紧凑，可以完成包络抓取 远距离的控制上就比较困难，容易发生弹射，抓取的空间较小 齿轮传动 能获得稳定的传动比，传递效率高，可靠性强 齿轮本身的质量加大了整体的质量和惯性 带传动 结构简单且传动平稳，能在大的轴间距和多轴间传递动力同时价格便宜、不需润滑和维护便利 线绳传动 抓取速度快，排布灵活，适合空间狭小且需要驱动自由度数目较多的传动场合 负载能力弱，预紧力变化大，负载越大效率越低 来源：《机器人灵巧手研究综述》机械传动202409刘伟等，中泰证券研究所6 灵巧手结构设计发展主要有三个方向：可变自由度设计，通过变体结构，针对不同对象用不同自由度模式拾取以提高成功率；高度仿生化，引入更多自由度，部分或完全实现人类手部手势和动作，以替代人手作业；轻量化，设计能用较少自由度实现高自由度结构功能的新型结构，通过减少驱动器数量，在不降低拾取和运动性能的前提下实现机械手轻量化。 11灵巧手方案向更高自由度、更接近人手、更轻量方向发展 图表4：部分主体厂灵巧手方案对比 主体厂 型号 手指个数 自由度 传动方式 驱动形式 Tesla OptimusGen3 5 22 丝杠腱绳 空心杯电机 Figure 02 5 16 1X Neo 5 20 宇树 Dex31 3 7 齿轮 无刷电机 智元 SkillHand 5 17 因时机器人 RH56BFXRH56DFX 5 18 丝杠 伺服电机 腾讯 TRXHand 3 8 傲意科技 ROHand 5 11 电机 来源：CSDN博客，智东西、中国机器人网，各公司官网等，中泰证券研究所 图表5：宇树三指灵巧手和因时五指灵巧手 宇树灵巧手因时灵巧手 7 12复盘：特斯拉Optimus第一代灵巧手 Optimus一代灵巧手拥有6个主动自由度，驱动采用空心杯电机，传动采用齿轮箱（齿轮蜗杆）金属腱绳方案，每 个手指搭配霍尔效应传感器，缺点在于无法精密抓取，仅适合用于工厂环境。 图表6：特斯拉灵巧手专利正视图图表7：特斯拉灵巧手专利透明图图表8：特斯拉灵巧手齿轮箱 5指11自由度：Optimus一代灵巧手包括1个手掌和5个手指，各手指含近端、远端部件及基部件，近端与手掌、远端与近端部件间可相对