报告出品方：浙商证券

以下为报告原文节选

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1、灵巧手：模仿人手的结构和功能，机器人末端执行的工具

1.1 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。

1.2 灵巧手发展历程：

1.2 结构设计方案：大多为仿生结构设计

目前大多的多指灵巧手外观多为仿生设计，手指关节等内部结构主要有机械式传动（如齿轮传动等）、腱绳传动方式、软指手、刚柔结合结构、特殊构型、仿生生物关节等。

1.3 人形机器人灵巧手：当前单价约5万元/只，存在降本空间

特斯拉Optimus灵巧手、因时机器人的仿人五指灵巧手RH56BFX、RH56DFX系列，是人形机器人灵巧手的典型代表。根据因时机器人官网，仿人五指灵巧手单价约5万元/只。

1.3 人形机器人灵巧手：产业化成熟阶段，BOM成本占比约14%

1.3 人形机器人灵巧手：预计2030年全球市场空间约568亿元

2、传动体系：多种传动方式并存，可结合应用实现优势互补

2.1 灵巧手传动形式：连杆传动、齿轮传动、带传动、线绳驱动四类

2.2 以北航BH-985为例，灵巧手融合三种传动方式

北航BH-985灵巧手布局完全仿人，5个手指安装在手掌上，每个手指有三个指节，整手共有11个自由度。每个手指的指节都设计成空心，便于指端力传感器和角位移传感器在手指内部走线。

拇指、食指和中指：每个手指有3个自由度，此三个手指能够满足对物体实现灵活操作的功能；

环指、小指：设计成起到辅助抓持作用的手指，只有一个自由度，共用一个电机驱动，三个指节的运动采用连杆传动，耦合在一起。这两个手指不仅起到提高抓握稳定性的作用，而且使整个手在外观上完全仿人，增加了手的美观性。

2.3 齿轮传动：实现灵巧手精准位置控制

由于齿轮传动具有效率高、传动比恒定、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点，因此各个手指的近关节和拇指、食指、中指的中关节等11个位置都采用齿轮传动。

该设计满足结构紧凑的要求，并且有助于实现精确的位置控制，且为了考虑齿轮通用性、减少加工困难，将这11处圆锥齿轮传动设计成完全相同的形式——齿轮1通过销联接的方式与十字轴的长轴固联，电机通过齿轮2带动齿轮1转动，使拇指实现侧摆运动。双联齿轮活套在十字轴的长轴上，齿轮3通过双联齿轮及齿轮4，带动拇指实现屈曲运动，其中齿轮4活套在十字轴的短轴上并通过销联接与拇指近指节相固联。食指和中指的近关节十字轴传动与拇指类似。

2.4 钢丝绳传动：柔顺伸缩助于灵巧操作

北航BH-985灵巧手在拇指、食指和中指的中、远指节采用了柔性好、伸缩性小的进口钢丝传动。

钢丝绳传动利用钢丝绳的拉力实现力和运动的传递，具有柔顺性好的优点，适合用于灵巧操作。但由于零件的尺寸小，钢丝绳与绳轮的固定式需要解决的问题；另外，钢丝绳式弹性元件，刚度较低，长时间使用后容易出现塑性变形，产生松弛现象，因此使用后需要进行张紧。

2.5 连杆传动：提供较大抓持力，精准控制存在难度

北航BH-985灵巧手的环指和小指分别只有一个自由度，该手指的电机安放在手掌上，电机驱动近指节运动，中指节和远指节由近指节通过连杆机构带动，实现耦合运动。

连杆机构刚度好，有利于在力度抓持时提供较大的抓持力，连杆传动能够实现中心距较大的传动；但由于中指节和远指节的运动与近指节存在耦合关系，因此其转角由近指节转角所决定，难以实现精确的位置控制。

3、驱动系统：空心杯电机应用广泛，国产替代进行时

3.1 灵巧手具有多种驱动方式，电机驱动为主流方式

动力源/驱动方式：根据驱动系统可分为液压驱动、电机驱动、气压驱动、形状记忆合金驱动四类。

电机驱动是目前多指灵巧手的主要驱动方式。电机驱动具有驱动力大，控制精度高、响应快、模块化设计、易于更换维护等优点。特斯拉optimus、优必选人形机器人灵巧手等都选择了电机驱动方式。

3.2空心杯电机：实现高效率与稳定运行，是灵巧手的最佳选择之一

空心杯电机的主要组成部分包括空心杯绕组、转子组件、传感器组件、法兰、轴承、磁轭等，永磁体作为转子，绕组作为定子，三相定子绕组采用绕线杯结构，电枢绕组以自支撑的形式分布在气隙中，绕线杯式绕组式实现消除齿槽转矩的关键部件，定子组件是由三相对称分布的绕组、磁轭、引出线焊接板等组成，转子组件主要是由轴承、永磁体和转子护套组成。

空心杯电机与其他电机的主要区别是使用了绕线杯式电机绕组，这种新型结构由于没有冲齿槽结构，减小了电机运行时的磁阻力矩和齿槽引起的转矩脉动，降低了电机运行过程中的能量损失，使电机性能得到了极大的提高，具有节能、效率高、灵敏度高、运行稳定等特点。因此，空心杯适用于高续航（如智能手表、健康监测器）以及结构紧凑的机器设备（如机器人、无人机）等领域，满足其对高效、节能、小型化的电机的需求。

3.3 空心杯电机：应用于航天航空，医疗，机器人等多个领域

3.4预计2028年全球空心杯规模达到83亿元，CAGR达8.5%

空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。这种转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。空心杯电机能量转换效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分产品可达到90%以上（普通铁芯电动机一般在15-50%）。空心杯电机作为高效率的能量转换装置，在很多领域代表了电动机的发展方向。

根据华经产业研究院，2022年全球空心杯电机市场规模约为51.0亿人民币，预计2028年市场规模将达到83.0亿人民币，期间复合年均增长率约8.5%。

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（特别说明：本文来源于公开资料，摘录内容仅供参考，不构成任何投资建议，如需使用请参阅报告原文。）

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