2月5日，马斯克发文称赞特斯拉Optimus人形机器人的灵巧手非常精致，强调其将会刷新人类的认知。

根据特斯拉人形机器人Optimus公开信息，预计特斯拉人形机器人Optimus量产BOM成本中运动系统成本最高，约占70%以上。

运动系统包含线性执行器旋转执行器灵巧手，其中，灵巧手（占比约32%）>丝杠（18%）>微型电机（18%）>减速器（12%）>力传感器（7%）≈无框电机（7%）。

从壁垒看：灵巧手>行星滚柱丝杠>六维力矩传感器>谐波减速器>微型电机>无框电机。

在之前的文章中我们已经梳理过人形机器人关键零部件行星滚柱丝杠；人形机器人三大核心传感器解析；人形机器人关键减速器；人形机器人无框力矩电机

本文重点梳理人形机器人重要核心零部件：灵巧手。

特斯拉预计将在未来几周内更新下一代人形机器人，有望成为全球人形机器人发展历程中的重要里程碑。

人形机器人灵巧手概览

灵巧手是人形机器人上最重要的末端执行器，特指模仿人类手部结构和功能，是用于实现机器人与环境交互的关键部件。

灵巧手主要实现人形机器人对物体的灵活抓取和精细操作，一般由手掌、手腕、手指、关节、驱动器、传感器等部分组成。

特斯拉人形机器人的三代灵巧手

第一代灵巧手：

简单抓取和放置任务。优点在于采用蜗轮蜗杆模式，具备自锁能力，拥有较大的抓取力，而缺点在于缺少侧摆自由度，没有办法实现精密抓取。第一代灵巧手大概率应用于工厂环境。

第一代“空心杯电机”灵巧手方案：

资料来源：特斯拉AI Day

第二代灵巧手：

与第一代相同，仍为11个自由度，但整体设计进行了优化，增加触觉传感器和更精确的力度控制。能够完成更加精细的操作，如拿鸡蛋、分拣电池、在遥操控制下叠衣服等。

第三代灵巧手：

下一代人形机器人灵巧手变化有几处：

1）自由度：变化最大的地方在于灵巧手自由度提升，单手由11个自由度提升至22个自由度，主动自由度由6个提升至预计17个。

2）驱动系统：采用电机驱动，具体是空心杯电机和无刷有齿槽电机。电机方案从手掌变到的手臂位置，体积限制解开更多可能往无刷有齿槽电机切换。此外，电机等驱动装置移至前臂，释放了手掌的体积限制，提高了手部的灵活性。

3）传动系统：采用了三级传动方案。一级传动：行星齿轮箱，用于减速和放大扭矩，提高传动效率和精度。二级传动：高精度的丝杠（如行星滚柱丝杠），将旋转运动转化为直线运动，有效提升了灵巧手的精度和载荷能力。三级传动：腱绳方案，由于手臂模组到手指的距离较远，腱绳传动方式适应远距离传动，可以灵活布置，传动柔性也很好。

4）传感系统：触觉传感器是第三代灵巧手的一大亮点。新一代的传感器覆盖范围更大，能够更精准地感知物体的形状和力度等信息，实现更精细的控制。此外，集成了更高精度的传感器，包括六维力矩传感器，用以提供更全面的手部感知能力。

人形机器人灵巧手核心零部件

从结构来看，灵巧手的结构设计核心三要素是驱动、传动、传感。

价值量最高的零部件为丝杠、无刷有齿槽电机、空心杯电机、减速器、触觉传感器等环节。

资料来源：公开整理

01 驱动环节

驱动主要提供运动和动力输出。

当前电机驱动是当前主流的灵巧手驱动方式，不同电机的重量会因功率、材料和尺寸的不同而有所不同。

由于第三代灵巧手自由度增加，所需电机数量增加。

特斯拉第三代灵巧手由于相比于第二代的变化手部增加了自由度，从而对应的电机数量将可能从原本的6个提升到13-17个；驱动器搭载位置从手掌改为手腕部位。

空心杯电机

空心杯电机是特殊结构的直流电机，也称为“无铁芯电机”或“无齿槽电机”。

有刷电机转子无铁芯，无刷电机定子无铁芯。

在原材料中，空心杯电机的永磁材料以高端钕铁硼-第三代稀土永磁为主。

由于人形机器人手指关节自由度提升，考虑到人形机器人的仿真性，其手指关节处需要配备体积小且能输出较大力的电机，空心杯电机具备较强契合度。

空心杯电机核心技术壁垒包括线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。

空心杯电机技术从德国Dr.F.Faulhaber在1958年研制出斜绕组线圈绕制技术开始，国外的空心杯线圈生产技术已经十分成熟。

国外厂商大部分采用一次成型技术，其生产过程自动化程度高，竞争优势明显，因此占据了较大的市场份额。

全球空心杯电机CR5为67%，头部厂商包括瑞士MAXON、德国FAULHABER和瑞士PORTESCAP等。

整体竞争格局来看，海外品牌占据高端市场，国内产品性价比优势明显。

近年来，空心杯电机国产替代加速。鸣志电器的空心杯电机覆盖13-30mm的所有型号，是特斯拉人形机器人Optimus空心杯电机的主供，与中美两地人形机器人领域超20家企业建立合作关系；鼎智科技（江苏雷利）已实现空心杯电机的全自动量产，是特斯拉人形机器人Optimus空心杯电机的主要供应商之一；国内厂商拓邦股份、兆威机电、伟创电气、禾川科技、万至达等加速产业布局空心杯电机环节。

无刷有齿槽电机

无刷有齿槽电机是一种无刷直流电机，具有带齿槽的转子结构。转子由硅钢片叠压而成，带有齿槽，用于增加转矩和转动的平稳性；具有较好的散热性能以及高扭矩密度，其初始成本相对较高，但长期运行维护成本低。无刷有齿槽电机布局厂商有鸣志电器、凯中精密、科力尔等厂商。

02 传动环节

传动结构是将运动和动力传递到所需的位置。

传动方案上，腱绳蜗轮蜗杆是特斯拉第一代方案，随着手部灵巧手丝杠的成熟，叠加特斯拉提升单手承载力的需求，手部采用行星齿轮箱丝杠腱绳结构，克服了重量与灵活性的问题，成为新的发展方向。

丝杠

特斯拉人形机器人第三代丝杠方案采用丝杠替代蜗杆，二者作用均是将旋转运动转变为直线运动，采用丝杠能有效提升灵巧手的精度和载荷能力，提高传动效率；单手由0根提升至约17根，高承载力方案需要17根滚柱丝杠。

在人形机器人中，不同类型的丝杠发挥着重要作用。根据摩擦特性的不同，丝杠可以分为滑动丝杠、滚动丝杠以及静压丝杠三类。

国内行星滚柱丝杠已有一定产业基础，如新剑传动、南京工艺、博特精工、等厂商已能够小规模生产行星滚柱丝杠。

国内丝杠厂商布局方面，新剑传动已建成国内首条年产100万台人形机器人行星滚柱丝杠智能物联制造产线；北特科技在上海嘉定工厂投资建设了应用于人形机器人丝杠产品的小批量产线，并完成了相关设备的安装调试；五洲新春已完成包括梯形丝杠、滚珠丝杠副、行星滚柱丝杠在内的多种丝杠产品的快速迭代，并进行相关丝杠产品的持续送样；江苏雷利、贝斯特、双林股份、恒立液压、新坐标、斯菱股份、禾川科技、秦川机床等在丝杠端也有所布局。

减速器

减速器连接动力源（如电机）和执行机构（如机器人的关节），确保机器人能够在理想的速度范围内运行。

在人形机器人的关节部位，如肘关节、腕关节等，减速器被广泛应用以实现精确的传动和控制。

谐波减速器因其体积小、重量轻、传动比大等特点，常被用于这些需要精细操作的部位。但是由于谐波的价格偏贵，因此在大部分的厂商选型中，行星齿轮箱也有望成为谐波替代方案。

全球市场格局方面，日系龙头哈默纳科垄断谐波减速器市场，全球份额超80%。

我国谐波减速器市场较为集中，前五大厂商出货量占比超六成。绿的谐波率先打破国际垄断，实现国产替代，2009年制造出第一台谐波减速器的原型机，并建立企业检验测试中心；丰立智能、来福谐波、同川科技、大族精密等企业也加快谐波减速器市场布局。

全球精密行星减速器市场主要被少数几家企业所占据。德国企业处于领先地位，如纽卡特、威腾斯坦、赛威传动等，其他竞争力较强的还有日本企业，例如新宝、住友和电产等。国内行星减速器主要布局厂商有科峰智能、中大力德、新时达、宁波东力、双环传动等。

腱绳

腱绳：采用腱绳替代扭力弹簧：上一代机器人手指伸展主要依靠扭力弹簧复原，但现在采用一根单独的腱绳完成伸展，灵活性进一步提高。

腱绳是用于连接和固定，通常由高强度材料制成的柔性传动元件。

在人形机器人灵巧手中，腱绳模仿了人手的肌腱结构，用于将动力从驱动器传递到手指关节，实现手指的弯曲、伸展等动作。

腱绳涉及动力传递，且作为末端传递单元，直接影响手指执行效果的精度。

腱绳材料整体分为不锈钢、高分子纤维两大类，其中高分子纤维使用更为广泛。

国内厂商大业股份腱绳已向特斯拉产业链送样；相关布局厂商还包括南山智尚、南京聚隆等。

03 传感环节

传感是对执行机构内部和外部环境做出相应的反馈。

应用于灵巧手的传感器主要分为内部传感器和外部传感器。

内部传感器主要反馈灵巧手的姿态信息，分为运动传感器和力/力矩传感器，可提供灵巧手的关节角度信息、位置信息和动态信息，对灵巧手的灵活、稳定抓取至关重要。

外部传感器包括接近觉传感器和触觉传感器，主要感知目标物体的位置、受力等信息，这些信息对于提高灵巧手的操作成功率较为关键。

灵巧的机器人手至少需要一组力和位置传感器，以实现自主操作和远程操作中的位置控制和阻抗控制等控制方案。

六维力矩传感器

人形机器人的力觉主要有指、肢和关节等运动时机器人对受力的感知。

六维力传感器是维度最高的力觉传感器，能够提供最高维度的力觉信息，并给出最为全面和精准的力觉数据。

由于技术壁垒较高，具备批量化产品供应能力的厂商仍十分有限。

六维力矩传感器品牌以欧美、日韩为主（ATI为行业龙头）。

根据公开资料，国内相关布局厂商包括宇立仪器、坤维科技、鑫精诚、蓝点触控、昊志机电、柯力传感、东华测试、海伯森、瑞尔特等。

触觉传感器

传感器装置上，触觉传感器是价值量较大的环节。

触觉传感器目前处于发展早期，以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。

根据公开资料，国内布局触觉传感器的公司有苏州能斯达电子（汉威科技）、墨现科技、力感科技、瑞浒科技等、埔慧科技、帕西尼感知科技、韧和科技、他山科技、柔宇科技、宇博智能、常州福普生、上海澄科电子、常州柔希电子等。

人形机器人灵巧手市场格局

 近年来国内厂商也在加速灵巧手环节的布局。

因时机器人是国内最早实现灵巧手商业化量产的企业，也是第一家把灵巧手价格降到万元水平的企业。其产品包括仿人五指灵巧手RH56BFX、RH56DFX和FTP系列，其中FTP系列工业级触觉感知仿人五指灵巧手可实时获取各个部位的触觉信息，有助于优化手指抓握动作，提高操作精细度。

星动纪元推出了自主研发的灵巧手Xhand，具有12个主动自由度，采用全驱动方案，指尖还配置触觉传感器。

灵巧智能推出了国产首款量产高自由度五指灵巧手—DexHand021。该设备拥有19个自由度及23个高精度传感器，具备高可靠性与广泛的兼容性，能够高效实现人手33项功能动作中的32项。

傲意科技灵巧手ROHand是模拟人体手部运动的高灵敏度末端执行装置，由手掌、手腕、五个手指、电机、传动部件等部分组成。五个手指可以单独运动，在外部命令下可以做出不同的动作。

帕西尼感知科技灵巧手产品DexH13GEN2是市场上首款融合多维触觉与AI视觉双模态能力的四指仿生灵巧手。双手搭载世界上最多的1956颗专业级ITPU多维触觉传感器，并带来7824路触觉信号解析能力。

清瑞博源智能科技是国内最早开发触觉仿人灵巧手产品，以多模态传感技术为基础，融合深度学习算法。团队自研开发了多点阵列压阻式传感器，提升触觉感知能力。

兆威机电的灵巧手产品已经实现了17个自由度，未来可进一步扩展至20个自由度以上。此外，兆威机电与中国科学院深圳先进技术研究院达成深度合作，成立了“灵巧手智能系统联合实验室”，专注于具备自主学习能力的灵巧手智能系统研发。中科院深研院与兆威机电合作研发的灵巧手由五根手指组成，每根手指有三个关节，每个关节有1个自由度，具备较高的灵活性和承载能力。

傅利叶自主研发新一代灵巧手，单手自由度由初代的6个增加至12个，完美复刻人手外形及尺寸

整体而言，随着全球人形机器人商业进程全面提速，灵巧手往更高自由度、高感知能力和低成本提升的方向发展是大势所趋。

特斯拉在1月底召开的4Q24业绩电话会上，详细描绘了机器人蓝图。在量产节奏上，计划2025年开始对内量产，目标1万台，量产数千台实用的机器人具备确定性。2026年产量将提升一个量级（5-10万台），而后每年目标提升一个量级，即使公司只能提升半个数量级，但也对应约500%的增长，相当可观。

人形机器人灵巧手全景解析

人形机器人灵巧手核心零部件

01 驱动环节

02 传动环节

03 传感环节