东风已至，星辰大海

■灵巧手或为人形机器人多代际更迭最受益环节。机器类人化发展契合现实世界需求，2025年进入人形机器人量产元年，且行业需求有望高增。参照中商产业研究院数据，2024年全球机器人灵巧手市场规模约76万只/17亿美元，至2030年全球机器人灵巧手市场规模将突破141万只/30亿美元。作为核心部件的灵巧手自由度不断提升，精密操作等能力不断优化，其设计需要满足高度仿生、灵活操作和复杂环境适应性等要求，具备负载能力、运动能力、控制能力、感知能力等。

■ 驱动系统：集成智能，灵活动作。从自由度与驱动源的匹配数量来看，灵巧手驱动方式可分为全驱动和欠驱动，其中欠驱动可借助耦合等提高自由度，具备更高实用性。与液压驱动、气压驱动、SMA等方案对比来看，电机驱动具备较高控制精度和集成性。电机驱动器方面，空心杯电机在控制精度、体积方面更占优势，是灵巧手现有驱动电机的主流选择，有槽无刷电机等更具转矩、成本优势。

■  传动系统：精密高效，路线各异。灵巧手传动系统正朝着高精度、轻量化、仿生化和智能化方向发展，以满足各种场景的多样化需求。传统刚性传动（齿轮、丝杠等）与柔性传动（腱绳等）优势各异，各厂商对于传动系统技术路线选择不一，以特斯拉Optimus为代表的人形机器人厂商已逐步采用多种传动方案结合的形式。

■  传感系统：高敏多能，进程加速。灵巧手传感器系统对抓取、操控和感知能力有较大影响，机器人众多环节均大规模采用多种传感器，以使得机器人“拟人化”。力/力矩传感器、触觉传感器、位置/角度传感器（如编码器）等可分别察觉力/力矩、触觉、位置等外部单一变量，传感器正朝着多区域、柔性化、多模态趋势发展，电子皮肤已可集成多种传感功能，综合优势突出，行业成熟后将使得人形机器人朝人类”五感“方向加速发展。

■  特斯拉Optimus代际更迭中灵巧手自由度不断提升。复盘特斯拉Optimus多代际产品的更新进程，灵巧手的灵活度、精密操作性不断提升。2024年10月，特斯拉已官宣相较于上一代Gen2，第三代Optimus灵巧手已具备22个自由度，较上一代翻倍，我们预计各环节尤其是驱动系统部件个数有望提升。

■  投资建议：人形机器人赛道发展进入快车道，随特斯拉、宇树、Figure等重磅产品不断更新换代，人形机器人产业链将逐步趋于成熟。参照特斯拉Optimus从Gen1更迭至Gen3，灵巧手自由度不断提升，且精密操作、复杂环境操作能力不断加强，拉动对驱动系统、传动系统、传感系统等核心部件需求。建议关注：驱动系统相关标的【鸣志电器】【伟创电气】【汇川技术】【兆威机电】【信捷电气】【雷赛智能】等。传动系统相关标的【绿的谐波】【双环传动】【北特科技】【贝斯特】等。传感系统相关标的【柯力传感】【东华测试】【汉威科技】等。

■  风险提示：人形机器人技术迭代不及预期风险、人形机器人降本不及预期风险、政策支持不及预期风险等。

灵巧手：人形机器人交互核心部件

1.1灵巧手较普通执行器有更高自由度要求

人形机器人是机器人适应人类环境的最优解。相比专门为单一任务设计的机器人，人形机器人可以在不同场景之间快速切换，具有高度的通用性和灵活性，能够执行多种不同类型的任务，具有更广阔的商业应用前景。此外，相较于其他形态的机器人，人形机器人能够更好地适应按照人类的身体特征和操作习惯来设计的各类基础设施，无需对现有的环境和设施进行大规模改造。因此，类人化设计的商业化前景、改造成本等因素影响下，人形机器人是目前最优解。

灵巧手是人形机器人重要的末端执行器。末端执行器直接安装在机器人手腕上，用于夹持工件、或让工具按照规定的程序完成的工作的机构。相较于普通工业机械手（自由度少、结构简单、易于控制），类人化设计的灵巧手对控制精度、灵活性要求极高。目前，仿人机器人末端执行器有两种：柔性手和仿生多指灵巧手。其中，灵巧手是模拟人类手部功能的高自由度机械装置，具备抓取、操作、感知等能力，是人形机器人实现精细交互的核心执行器。

灵巧手功能设计类人化，具备较高自由度要求。若参照人类手部的灵活度，手指 腕部共24个自由度，抓握、拾取等动作需不同手部环节进行配合。手指环节中，各手指远离手腕的两个关节主要完成弯曲/伸展类动作，各手指靠近手腕的关节则兼备弯曲/伸展类、侧摆类两大动作执行功能。此外，腕掌环节为完成手部抓握等动作也具备独立于手指的自由度。Tesla于24年11月公布的Optimus最新动态中指出其灵巧手已具备22个自由度，较上一版本的11个自由度个数大幅提升，已逐步接近人类手部灵活度。

1.2 灵巧手需具备多种功能执行能力

灵巧手需兼具高灵活性、精准执行及反馈以及自适应等能力。为高效执行相应动作指令，人形机器人灵巧手的设计需要满足高度仿生、灵活操作和复杂环境适应性等要求，具备负载能力、运动能力、控制能力、感知能力等：

1）高自由度与灵活性：需尽可能匹配人类手部自由度，以实现抓、握、捏、推拉等精细动作，其活动范围需接近人类活动范围（如拇指对掌运动），可通过协同关节运动补偿机械误差等方式实现冗余控制。

2）精准抓握与自适应抓取：具备一定负载能力的同时，可实现抓握力的连续调节（如抓握鸡蛋等轻物过渡至抓握大型负载等重物），稳定抓握住物体，同时灵巧手需兼具自适应能力，基于物体形状、材质（软/硬、光滑/粗糙）自动调整抓取策略（如指尖捏取、包裹式抓握）。

3）环境感知及执行反馈：具备触觉、温度等外部感知能力，力觉等内部感知能力，同时保持毫秒级响应延迟，确保动态操作（如接抛球、拧瓶盖）。

灵巧手的性能和成本受其三大核心组件—驱动系统、传动系统和传感装置的共同影响。驱动系统（各类电机）提供动力来源，驱动手指关节运动；传动系统（齿轮、连杆、腱绳等）将驱动系统的动力高效传递到手指关节，并调节输出的力、速度和行程；传感系统（各类传感器）实时监测手指状态（位置、力、触觉等），反馈给控制系统以实现闭环调节。

参照中商产业研究院数据，2024年全球机器人灵巧手市场规模约76万只/17亿美元，至2030年全球机器人灵巧手市场规模将突破141万只/30亿美元。

驱动系统：集成智能，灵活动作

2.1 驱动形式：欠驱动具备更高实用性，电机驱动为主流

2.1.1 全驱动、欠驱动：精密性与简化性的取舍

从自由度与驱动源的匹配数量来看，灵巧手驱动方式可分为全驱动和欠驱动。全驱动指的是系统执行器的数目等于其自由度数目，即执行器主动控制自由度DoA=自由度DoF，可实现系统完全可控稳定。欠驱动方案即DoA＜DoF，通过相应控制仍可实现对应功能。

全驱动方案可满足高精度控制，集成性、抗冲击柔性等有待提升。全驱动方案为机器人灵巧手每个自由度均配置相应执行器进行控制，可做到每个手指关节独立可控，可实现计划人类手指全部功能。兆威机电24年11月发布的全驱高可靠灵巧手配备17个主动执行单元，其中单指节拥有3个及以上主动执行单元，准确模拟人手部的抓握等精细动作。但从机电系统硬件角度而言，全驱动方案的系统整体集成性较差，容易造成灵巧手体积庞大，且所需控制关节与执行器众多，容易造成运动控制系统繁琐及冗杂，提升灵巧手相关成本。此外，由于每个关节都由一个电机控制，全驱动方案（尤其是手指关节）缺乏抗外界冲击的柔性，易造成关节部分的电机损坏。

欠驱动方案控制精度降低，但体积、成本等性能有所提升。欠驱动灵巧手的驱动源数量少于自由度，在牺牲控制精度的情况下实现更优的体积、重量、成本，应用更为广泛。BRL/Pisa/IIT (BPI) SoftHand采用欠驱动方案，借助单个执行器 肌腱驱动，低成本设计。该方案中，欠驱动的机械特性能够使得手指自动适应物体的形状，具备很好的形状自适应性，且绝大多数手指关节都具有自由运动的柔性，抗外界冲击性较强。

2.1.2 电机驱动为驱动方式的主流趋势

从灵巧手驱动器类型来看，灵巧手驱动方式可分为电机驱动、气压驱动、液压驱动和形状记忆合金驱动（SMA）。其中电机驱动方案技术较为成熟，应用广泛。

电机驱动通过电动机产生力/力矩，是目前主流驱动方案。电机驱动方案通过电动机产生所需的力或力矩驱动相关部件运动，包括旋转型驱动（电机旋转运动，通过丝杠等传动机构转为直线运动）、直线型驱动（直接输出直线运动），通过减速器或直接驱动灵巧手。

电机驱动方案具备较高控制精度和集成性，但仍具备提升空间。电机驱动以伺服电机（如空心杯电机）为核心，搭配精密减速器（如谐波/行星减速器）实现关节运动，该方案控制精度较高且可实现模块化设计（如德国Schunk SVH系列），可通过编程实现多种运动模式和功能，灵活性较高。此外，电机驱动方案的能量效率较高，且相较于液压驱动等不存在漏液风险。同时，电机驱动方案受到电机功率密度限制，持续高负载时需配备热管理系统且具备自重问题等。

液压驱动方案功率密度高、可满足高压力场景，但系统复杂且维护成本高。液压驱动方案通过微型柱塞泵（如压电陶瓷驱动型）建立压力，经微型液压缸传递动力。相较于电机驱动等驱动方案，液压系统具有较高的功率密度，适用于大功率和大负载的应用，且液压系统可以承受较高的压力，适用于高压力要求的应用场景。同时，液压系统相对复杂，需要较多的液压元件和管路，维护和安装相对复杂。由于有液压油的存在，液压系统中存在液体泄漏的风险，液压油的更换和维护也需要额外的成本和工作量。

气压驱动方案响应速度快、精度高，但负载、功率密度及能效等偏低。相较于电机驱动等方案，气压系统具有快速响应和调节性能优势，可以实现精确的动作控制，且气体压力相对较低，因此在泄漏情况下的危险性较低，也不存在电火花风险，适用于易燃易爆环境（如化工车间）。同时，由于气压系统功率密度较低，更适用于较小的负载和功率要求，并在气体的压缩和扩张过程中存在能量损失导致该驱动方案能效偏低。

SMA方案可满足超小型场景需求，但存在滞后反应、寿命较短等问题。形状记忆合金（SMA）可记住自身形状，当其被加热到特定温度时，可以恢复到原始形状。SMA丝/弹簧驱动单元可微型化至毫米级，在微创手术器械、软体机器人等超小型场景中均适用。且五电机驱动方案中的机械传动部件，适用于安静环境（如实验室精密操作）。同时，SMA材料对温度控制要求极高，加热/冷却循环响应慢（秒级）会使其动态性能受限，需配备精准的温控系统，且其寿命较短，反复相变会导致材料晶格损伤。

综合对比上述四种驱动方案，电机驱动方案更具综合优势。未来，混合驱动（如电-液复合）与新型材料（如介电弹性体）可能突破单一驱动局限，实现高力-精度-速度的平衡。

2.2 驱动电机：精密度、成本、轻量化等为核心考量因素

电机驱动方案为灵巧手主流驱动方案，根据不同的性能要求，灵巧手常见的驱动电机类型包括空心杯电机、无刷有齿槽电机、无框力矩电机等，不同厂商、不同应用场景所采用的驱动电机类型也有所差异。

2.2.1 空心杯电机：高速响应、高精度控制

空心杯电机核心变化在于转子无铁芯设计。空心杯电机的转子只有转子电枢只有绕组（悬臂形式），采用无铁芯设计（空心杯状线圈），其工作原理为永磁体定子与空心杯转子通过电磁感应产生力矩。空心杯电机通过磁场（可通过外壳提供恒定磁场）直接驱动转子，无传统铁芯叠片，可消除磁滞损耗和涡流损耗。

空心杯电机兼具转速高、响应快、能效高等特点，适用于高速响应场景。

1）能效高。空心杯电机的铁损很小，具备较高的能量转化效率。大多数空心杯电机的最高效率都超过80%（大多数有刷直流电机的最高效率一般约50%）。

2）转速高。电机的涡流损耗损耗和电机转速的平方成正比，普通有刷直流电机的连续力矩会随着转速的上升快速下降，因此无法运行在高转速下，一般设计的最高转速都低于5000rpm。空心杯电机由于没有涡流损耗，其最高转速一般受限于换向系统，最高可达16000rpm。

3）响应快。由于空心杯电机的转子无铁芯，导致其惯性极低，适合高频快速响应场景。其机械时间常数通常只有十几毫秒，普通有刷直流电机的机械时间常数一般在100毫秒以上。

4）运行平稳。由于空心杯电机采用无铁芯的空心转子设计，完全没有齿槽效应。同时，其换向片数量比普通有刷直流电机多很多，导致转速非常平稳。

空心杯电机的缺点主要在于其输出扭矩较小，适用于负载较轻的场合。由于内部结构较为复杂，制造成本较高，因此价格也相对较高。

2.2.2 无刷有齿槽电机：高扭矩输出，兼具成本优势

无刷有齿槽电机定子的齿槽结构可优化磁场、提高扭矩密度。无刷有齿槽电机定子由叠片硅钢片构成，带有齿槽结构，线圈嵌入槽内以集中磁场（齿部磁阻低，磁通更容易通过，而槽部磁阻高，限制了磁通的扩散。齿槽结构相当于在磁路中形成低磁阻的路径，引导磁通流向转子），转子为永磁体，通过霍尔传感器或编码器实时检测转子位置，控制器切换电流相位实现无刷换向。

无刷有齿槽电机兼具高转矩密度、高抗冲击性、低成本等优势，适用于高扭矩场景。

1）高转矩密度：无刷有齿槽电机的定子齿槽结构集中磁场，扭矩密度较空心杯电机大幅提升，适合灵巧手抓取重物。如德国SCHUNK的EGP40灵巧手采用无刷有齿槽电机，单指抓取力达30N，且借助于集成旋转开关，可以调节夹持力。

2）抗冲击与耐用性：无刷有齿槽电机的铁芯结构提供机械保护，防护等级可达IP54（防尘防水），具备一定的抗冲击及耐用性。

3）成本优势：相较于具备复杂内部结构的空心杯电机，无刷有齿槽电机设计更为简单，成本上更具优势。

无刷有齿槽电机主要缺点在于齿槽结构所产生的齿槽效应，在不通电状态时转子上的永磁体与定子叠片齿槽之间产生吸引，旋转时产生“抖动”运动。该问题容易造成力控精度下降（柔性物体抓取难度较高）及产生高频振动噪音，可以通过定子斜槽或转子斜极等结构优化设计、先进控制算法（利用编码器对电机的电流驱动进行调制，以此补偿齿槽转矩波动，并借助电子驱动技术对其进行平滑处理，如 ODrive开源的抗齿槽算法）及材料升级降低齿槽效应影响。

考虑到人形机器人产业化后的降本需求及无刷有齿槽电机结构设计、控制算法等方面不断优化，无刷有齿槽电机在人形机器人灵巧手上的应用优势或将逐步提升。

传动系统：精密高效，路线各异

传动系统主要用于将驱动系统的运动和动力传递给执行机构，使其完成特定动作。在此过程中实现运动速度、运动方向或运动形式的改变。灵巧手传动系统正朝着高精度、轻量化、仿生化和智能化方向发展，以满足工业协作、医疗手术、服务机器人等场景的多样化需求。在结构设计上，传统刚性传动（齿轮、丝杠等）与柔性传动（腱绳等）并存，但受限于体积、成本和性能的权衡，各厂商对于传动系统技术路线选择不一，未来有望采用多种传动方案结合的形式。

3.1 丝杠传动：滚珠丝杠综合优势突出

丝杠传动是目前刚性传动主流方案，具备高精度、高负载等优势。丝杠主要由螺母（直线运动部件）和螺杆（旋转部件）组成。当螺杆旋转时，螺母会按照设定的导程进行直线运动，从而驱动与之相连的工件实现相应的直线动作，螺母的直线移动也可以驱动螺杆进行旋转。

3.1.1 滑动传动：结构简单，成本较低

滑动丝杠通过滑动摩擦实现直线传动。滑动丝杠传动采用滑动丝杠轴和螺母螺纹，两者之间没有滚珠轴承，螺母和丝杠轴在较大的接触面积上直接相互移动。按照螺纹种类划分，可分为梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹等，梯形螺纹加工工艺更具优势，加工效率较高，较三角形等其他种类更为主流。

滑动丝杠简便且成本较低，但传动精度、速度均偏低。相较于其它传动方式，滑动丝杠结构简单（丝杠 螺母 轴承 润滑组件），在安装及后期维护等环节更为简便、制造成本较低，且可承受轴向、径向和力矩载荷，自锁性能较好，传动高效且节省空间。同时，由于滑动丝杠传动方式为滑动摩擦，摩擦大、效率低，易发热磨损，且传动精度和速度受限，不适合高频次、高精度场景。

3.1.2 滚动传动：传动精度高，滚珠丝杠为主流方案

滚动传动方案核心为滚动接触，传动效率高、精度高。滚动传动方案通过滚动接触替代滑动摩擦，显著提升灵巧手的精度、效率与寿命，目前已成为高端灵巧手的核心驱动技术。主流滚动传动方案包括滚珠丝杠传动、行星滚柱丝杠传动等。滚珠丝杠载荷传递元件为滚珠，借助众多点接触来支撑负载；滚柱丝杠借助螺纹滚柱作为滚动原件，借助众多线接触进行传动，使得滚柱丝杠传动具备强承载能力。

滚珠传动：借助滚珠点接触进行直线传动。当输入旋转运动或线性运动的力传递到螺纹轴时，滚珠滚动在螺纹轴与螺母之间的导槽上，可将旋转运动转为螺母的直线运动，滚珠在此工作过程中循环往复运动，滚珠循环方式按滚珠在循环反向过程中与丝杠表面脱离与否, 可分为内循环式（返向器）和外循环式（回珠管）。

内循环滚动传动更具优势，浮动式返向器滚珠丝杠副具备高灵敏度和高刚度。外循环滚动传动导管增加径向尺寸，内循环滚动传动则内置返向器，结构紧凑、运行平稳、噪音低，可满足灵巧手高精度、小体积、轻量化需求。内循环滚珠返向器一般安装在螺母的侧孔内，借助于返向器上回珠槽的作用, 迫使滚珠沿滚道滚动，翻越丝杠螺纹滚道牙顶后重新回到初始滚道, 构成了一个循环的滚珠链。其中，浮动式返向器的优点在于高频“浮动” 中实现回珠槽进出口的自动对接, 从而为滚珠返回提供流畅的通道口, 具有较好的摩擦特性和结构工艺性，装配简便，在高速运转中工作可靠，适用于各种高灵敏度、高刚度要求的精密进给系统，但不适用于重载、多线滚珠丝杠副，以及大导程、小导程的滚珠丝杠副。

内循环滚珠丝杠的性能是设计、材料、工艺、使用条件等多因素耦合的结果。滚柱循环方式、反向器设计等均影响滚珠循环过程及丝杠寿命，螺纹加工精度等影响定位精度，实际场景中的动态特性如运动速度、加速度等均影响丝杠性能。在人形机器人灵巧手等高端应用中，需通过精密制造、智能润滑、材料升级综合优化。

行星滚柱传动：通过线接触扩大接触半径，结构紧凑且承载力更强。行星滚柱丝杠用滚子（通常带有螺纹）代替滚珠用作螺母和丝杠之间的载荷传递元件。行相较于滚珠丝杠传动，行星滚柱丝杠传动方式是在主螺纹丝杠的周围，行星布置多个螺纹滚柱丝杠，将电机的旋转运动转换为丝杠或螺母的直线运动，其众多的接触点使行星滚柱丝杠的承载能力非常强。

行星滚柱丝杠优点较多，但需兼顾效率、成本之间的衡量。相较于滚珠丝杠传动方案，行星滚柱丝杠方案承载力、体积、精度等综合优势凸显，但行星滚柱丝杠优异性能的背后支撑是极高的工艺要求和设备壁垒。1）工艺壁垒：行星滚柱丝杠螺母的内螺纹加工是核心壁垒所在，制造工艺难度较大，人形机器人远期需求较大，对于零部件公司的批量生产能力和一致性保持能力同样提出较高要求。2）设备壁垒：行星滚柱丝杠的高精度特性对设备要求高，国产磨床加工精度不及进口磨床，出品易不稳定，因此目前高端加工设备依赖进口，但海外高端磨床成本更高且采购周期偏长。

3.2 齿轮减速装置：因地制宜，多方案优势各异

齿轮传动目前广泛应用于人形机器人灵巧手中，具备灵活性强、效率高等特点。按齿轮传动结构进行分类，主要传动方案包括行星减速器、谐波减速器及蜗轮蜗杆传动方案等。

3.2.1 谐波减速器：高精度且具备体积优势

谐波减速器：借助内外柔性齿轮间的相对运动实现减速。谐波减速器由内外两层柔性齿轮和一个柔性轴承组成，谐波齿轮传动减速原理是利用柔轮、 刚轮和波发生器的相对运动，主要是柔轮的可控弹性变形来实现运动和动力传递的，内层柔性齿轮转动时产生弯曲变形，变形通过柔性轴承的外圈传递到输出轴，从而实现减速。

谐波减速器兼具高功率密度、传动效率高等优势，但相较于行星减速器等，谐波减速器由于精密制造和专用零部件，其初始成本较高，因此更适用于需要高精度和紧凑设计的应用场景。

3.2.2 行星减速器：高扭矩兼具成本优势

行星减速器：通过齿轮外壳与齿轮之间的摩擦来实现传动。行星减速器由太阳轮（A）、行星轮（B）、行星架和内齿圈（C）组成。驱动系统以直接或连接方式启动太阳齿轮，太阳齿轮将组合于行星架上的行星齿轮带动运转。整组行星齿轮系统沿着外齿轮环自动绕行转动，行星架连结出力轴输出达到减速目的。

 行星减速器由于简单的结构和广泛可用的零部件，其初始成本较低，且具备高扭矩输出。但若需高减速比则需借由多组阶段齿轮与行星齿轮倍增累计而成，影响传动效率和控制精度。因此行星减速器更适合大扭矩、重载等应用场景中。

蜗轮蜗杆传动装置：常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮蜗杆机构通常两轴交错角为 90°，一般是以蜗杆为主动件，工作时蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。

蜗轮蜗杆传动比大且具备自锁性，但传动效率偏低。蜗轮蜗杆传动装置具备较大的传动比，且工作平稳（蜗杆与蜗轮齿为连续啮合），传动过程中没有明显的冲击和振动。同时，蜗轮蜗杆传动具备较好的自锁性（当蜗杆的螺旋角小于轮齿间的当量摩擦角时蜗杆传动可自锁），适用于对安全性较高的场合。此外，为了改善轮齿的接触情况，可将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住，实现蜗杆蜗轮啮合时通过线接触传动而非点接触，滑动摩擦会影响传动效率。

3.3 腱绳传动：轻量化首选方案，腱绳为关键部件

腱传动模仿人类肌腱系统，通过柔性绳索（腱）传递动力，可实现多关节协同运动。驱动器（电机、气动肌肉等）集中布置于灵巧手基座或外部，通过腱绳（如超高分子量聚乙烯纤维）绕过滑轮组，牵引远端关节运动。其他辅助需求包括张力反馈：通过力传感器（如应变片、光纤Bragg光栅）实时监测腱力，结合PID算法调节电机扭矩；位置补偿：针对腱绳弹性变形（导致迟滞误差），采用前馈补偿或神经网络预测。

腱传动方案具备轻量化、高自由度等优势，但受腱绳相关特性影响较大。相较于齿轮、丝杠等传动方式，腱绳传动主要借助轻量化腱绳实现传动，在重量、体积等方面均占优，且同时可借助欠驱动方案实现多关节驱动（Shadow Hand腱绳方案具备20个电机、24个自由度）。由于腱绳本身刚度有限，会影响位置精度，并且在控制时需要一定的预紧力，容易产生摩擦。

腱绳材料的选择对灵巧手的功能执行影响较大。在对灵巧手腱绳材料选择时，需综合考虑机械性能（抗拉强度、弹性模量等）、环境适应性（温度&湿度耐受性、化学稳定性等）、耐久性（耐磨性、抗疲劳性、抗蠕变等）及成本等多方面因素。早期，腱绳材料主要是特氟龙、芳纶纤维、涤纶等，随后逐渐出现了更高强度、低密度、耐磨损的新材料，当前腱绳驱动的主流选择主要是两种：高强度钢丝、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）。

3.4 连杆传动：高刚度、较低自由度

连杆结构主要通过刚性连杆机构传递运动和力。连杆传动通过刚性连杆机构将驱动器的旋转或直线运动转化为灵巧手关节的精确运动，其核心原理基于运动学链与力学放大。驱动器位移通过比例杠杆放大为指尖位移，用于增强抓取力。

连杆机构定位精度更高、低成本，但不适用于高自由度场景。多连杆方案可通过并联或串联方式实现传动，ILDA灵巧手连杆方案通过并联和串联机构的融合构建，通过连杆组合实现掌指关节（MCP）的2自由度运动和近端指间关节（PIP）的1自由度运动。通过多杆并联结构可提升整体刚性，且相较于腱绳方案，连杆结构重复定位精度更高，无柔性件磨损故使用寿命更具优势。

多传动方案配合可发挥多重优势。丝杠传动、齿轮传动、腱绳传动、连杆传动等都各自具备优势和不足之处，主流人形机器人厂商已采用多方案配合形式，在最新的技术演进中，以特斯拉Opimus发布会展示的22自由度灵巧手为例，创新性采用了“行星齿轮箱 丝杠 腱绳”结构。下图所示为多传动形式配合方案，在灵巧手的结构设计中，柔性导管的一端固定在驱动器外壳上，另一端与固定在灵巧手手掌前端的腱张力传感器上。腱由驱动器内部活滚珠丝杠上的螺母拉动，穿过导管和腱张力传感器，连接在手指关节部分。

传感装置：高敏多能，进程加速

传感器在灵巧手中广泛使用。灵巧手作为机器人执行精细操作的核心部件，其传感器系统的设计直接决定了抓取、操控和感知能力。各大人形机器人厂商在灵巧手及机器人其他环节均大规模采用多种传感器，以使得机器人“拟人化”，具备人类五感功能。常见的传感器包括力/力矩传感器、触觉传感器、位置/角度传感器（如编码器）、视觉传感器（摄像头）、惯性测量单元（IMU）、接近传感器、温度传感器等。传感器正朝着多区域、柔性化、多模态趋势发展。

力/力矩（F/T）传感器：能感知力、力矩并转换成可用输出信号。力/力矩传感器可实现指尖力检测（测量抓取物体时的接触力，防止过压或滑脱）及关节扭矩反馈（实时监测关节驱动扭矩，优化控制算法）。按测量维度，力矩传感器可分为一维至六维力矩传感器，六维力传感器可同时测量3个力分量和3个力矩分量，是最完整的多维力传感器形式，技术难度、行业壁垒均最高。

六维力传感器通常基于应变效应工作。六维力矩传感器可感知三个力 三个力矩，是目前最完整的多维力传感器形式，为机器人提供了类似于人类触觉的功能，是机器人柔顺控制和操作的核心部件。六维力传感器通常基于应变效应工作，即通过弹性体上的应变片来检测力或力矩引起的微小形变。部分灵巧手厂商也采用压电式力传感器（借助极化效应，体积小、重量轻），工作频带宽，具备高频响特性，适用于动态力检测（如碰撞），但需定期校准，且成本较高（材料必须具有高质量、精确和均匀的表面）且更容易漂移。

触觉传感器：分布于机器人表面，可检测接触和压力分布。具备表面压力分布检测（识别物体形状、材质及接触状态）、滑移检测（通过压力变化判断物体是否滑动）等功能。按工作原理可分为压阻式触觉阵列（柔性基底，覆盖手指表面）、电容式触觉传感器（模拟人类皮肤，多模态感知压力、振动、温度等）、光学触觉传感器（通过图像分析压力分布，分辨率极高）。

位置/角度传感器（编码器）：用于在关节处测量位置和速度。灵巧手位置/角度传感器一般用于关节处，用以完成关节角度反馈（精确控制手指弯曲角度）、速度测量（通过角度变化计算关节运动速度）等功能。主要类型包括光电编码器和磁编码器，光编码器结构相对简单，成本、体积等均占优，不需要进行复杂的算术处理，适用于高速运动控制，但对灰尘等工作场景要求较高；磁编码器精度更高、抗干扰能力更强。

视觉传感器：借助摄像头等可实现较为复杂的人机交互。人类学习利用视觉来对手的运动进行规划、控制、状态态预测是先于精确的手控制的，遥操作系统能够利用人类的能力仅通过视觉来进行物理里操作的规划、运动、预测。英伟达DexPilot借助4个Intel RealSense相机实现低成本的遥操作系统，可完成多种物理任务。

柔性/电子皮肤传感器是机器人传感器的升级版本。电子皮肤为具备仿生性、柔弹性的传感器，借助触觉单元的阵列与集成模仿人类皮肤完成力/力矩、触觉等感知。柔性触觉传感器主要由基底材料、电极材料、功能层材料构成。基底材料决定传感器弹性形变性，电极材料主要用于传输电信号，功能层材料将外部的力、温度、湿度等物理量转化为电信号。机器人电子皮肤前沿企业技术大多来源于全球知名高校，技术仍处于偏早期阶段。  

产业链现状：Optimus升级路径为例

特斯拉Optimus Gen1至Gen3，灵巧手自由度不断提升。2024年10月，Tesla官方宣布下一代Optimus（Gen3）将具备22个自由度，较Gen2的11个自由度大幅提升，特斯拉 Optimus更迭过程中，灵巧手自由度、量产成本、重量优势、传动优化等均不断提升。

原型机：2021年8月Tesla AI Day 活动中，马斯克首次正式宣布Tesla 人形机器人—Optimus的概念，宣布这款人形机器人的长期目标是实现全面的自动化服务，包括家庭协助、复杂任务的执行等。

Gen1：2022年10月 Tesla AI Day 2022 中，马斯克首次展示Optimus（Bumble C），具备行走能力和基础的物体处理能力（搬运、浇水等），成功从概念过渡至初步原型。马斯克表明Optimus 的最终设计目标是大规模生产，单台制造成本可能在2万美元左右。特斯拉希望通过模块化和高效的生产流程，将这款机器人打造成广泛可用的劳动力替代品。

Gen2：2023年12月，Tesla 发布人形机器人Optimus第二代产品（Gen2），外观更加符合人形结构，关节和运动部位经过优化，进一步提高手部的灵活度和抓握精度。Gen2配备更先进的电机和传感器系统，使其在精确运动和环境感知方面表现更优。机械结构更为紧凑，有助于提高耐用性和动作灵活性。

Gen3：细节待披露，已官宣相较于上一代Gen2，第三代Optimus灵巧手已具备22个自由度，较上一代翻倍，灵巧手灵活度及精密操作性进一步提升。

Optimus 采用多种传动配合方案，Gen3自由度提升至22个。Gen2具备11个自由度（单手6个=大拇指2个 其余四个手指各1个），采用欠驱动方案进行手部动作驱动，且手指部分（左右手食指、大拇指指尖处）配备有传感器以进行精密动作。若驱动方案无较大变化，我们认为Optimus Gen3驱动电机数量有望同步有较大幅度提升。同时，马斯克透露Optimus Gen3有望将驱动器外置于手臂环节，驱动器外置将降低对驱动电机体积的要求，成本或为更重要的考量要素。

人形机器人行业快速发展，灵巧手或为Optimus多代际更迭最受益环节。马斯克表明，2025年生产数千台Optimus人形机器人，若测试顺利，2026年预计生产5万-10万台销量，2027年将达到50万台。我们认为，2025年进入人形机器人量产元年，且未来三年行业需求有望高增。参照Optimus多代际更新情况，灵巧手自由度不断提升，且精密操作等能力不断优化。

投资建议

人形机器人赛道发展进入快车道，随特斯拉、宇树、Figure等重磅产品不断更新换代，我们预计人形机器人产业链将逐步趋于成熟。参照特斯拉Optimus从Gen1更迭至Gen3，灵巧手自由度不断提升，且精密操作、复杂环境操作能力不断加强，拉动对驱动系统、传动系统、传感系统等核心部件需求。

1）驱动系统：电机传动综合优势突出。相较于其他传动方式，电机传动具备较高控制精度和集成性，技术成熟且适用范围更广。驱动电机的选择中，需同步考量控制精度、体积、成本等多重因素，空心杯电机优势更为突出，随灵巧手结构不断优化，无刷有齿槽电机优势也在逐步凸显。建议关注【鸣志电器】【伟创电气】【汇川技术】【兆威机电】【信捷电气】【雷赛智能】等。

2）传动系统：不同传动方案优势各异。灵巧手传动系统正朝着高精度、轻量化、仿生化和智能化方向发展，以满足不同场景的多样化需求。传统刚性传动（齿轮、丝杠等）与柔性传动（腱绳等）并存，多种传动方案结合方式正不断发展。建议关注【绿的谐波】【双环传动】【北特科技】【贝斯特】等。

3）传感系统：传感器在灵巧手多环节均有使用。传感器系统的设计直接决定灵巧手抓取、操控和感知能力。各大人形机器人厂商在灵巧手及机器人其他环节均大规模采用多种传感器，传感系统正朝着多区域、柔性化、多模态趋势发展。建议关注【柯力传感】【东华测试】【汉威科技】等。

6.1 驱动系统核心公司

鸣志电器：空心杯电机龙头企业，布局灵巧手整体解决方案

深耕控制电机及其驱动系统，国内空心杯电机龙头企业。公司深耕控制电机及驱动系统多年，步进电机等优势产品已跻身全球第一梯队。关于灵巧手驱动电机，公司可提供空心杯电机、无刷电机、直线电机模组等产品，并借助北美AMP、美国Lin、T Motion等子公司布局海外高端高精度控制电机和电机驱动控制系统领域。此外，公司已具备电机、高精密传动机构（减速器、丝杠）、高精度传感器以及定制化零件等核心部件组成的自动化运动控制一体化解决方案，在机器人、智能驾驶等领域备受客户的青睐。

伟创电气：传统赛道稳步发展，深入持续布局机器人赛道

已完善工控全层级产品线，享人形机器人赛道成长红利。公司由变频器产品不断完善，目前已具备变频产品、伺服系统产品（导入自研编码器）、控制系统产品（中小型PLC）工控全层级产品，传统赛道稳步发展并深入拓展海外市场。公司近年来持续深入机器人赛道布局，空心杯电机、伺服一体轮、伺服一体机等产品适用于人形机器人灵巧手、各类移动式机器人以及机器人关节部位。2024年9月，公司与科达利、盟立成立合资公司持股30%并派驻高管，机器人赛道布局再进一程。

汇川技术：内资工控龙头，机器人领域实力领先

自动化控制产品线完备，机器人赛道加速布局。公司产品涵盖通用变频器、伺服系统、PLC&HMI、工业机器人、高性能电机、精密机械（丝杠、直线导轨）、气动等产品及解决方案。公司多项产品如通用伺服、低压变配、小型PLC等产品份额均位居行业前二；工业机器人、SCARA机器人份额分别位居第三、第一。

兆威机电：深耕微型驱动领域，灵巧手新贵

公司专业从事微型传动系统，已公开发布灵巧手产品。公司专业从事微型传动系统、微型驱动系统，主要产品具备高精度、小体积、低噪音等特性。2024年11月，公司发布仿生机器人灵巧手，集结构、软硬件系统研发于一体。主要应用于机器人领域，可与各种柔性机器人配合使用，具有多自由度和高功率密度的特点，可完成复杂灵巧的抓握动作。

信捷电气：PLC内资龙头，下延布局全产品线

产品线已逐步完善，机器人赛道成长性可期。公司小型PLC产品已居内资龙头地位，通过不断下延布局，公司目前产品线已贯穿人机交互（HMI）、控制系统（PLC）、驱动系统（伺服驱动系统，变频器）、执行反馈机构（伺服电动机，交流电机）、以及输出（工业机器人）的全过程。公司目前已具备机器视觉、SCARA 机器人、六轴机器人、以及相应的机器人控制系统并形成收入。

雷赛智能：运控领域领军企业，战略布局人形机器人赛道

公司可提供运控系统级解决方案，定位人形机器人解决方案供应商。公司目前已具备完备的伺服系统、步进系统、控制技术类产品，以适用面广泛的通用型系列产品为主，并深耕细分行业工艺及终端大客户。公司已积极布局人形机器人领域，定位于伺服控制产品与解决方案提供商、为众多整机厂家提供系列化伺服控制核心部件和模组级解决方案。2023年成功研发出高密度无框力矩电机、CD伺服驱动器、中空编码器、空心杯电机及配套的微型伺服系统等核心产品，经过数十家客户测试、验证和试用，已获得数家机器人客户的大批量订单；公司与德国知名自动化公司联合开发的机器人关节模组的产品获得成功，并获得多家客户试用、验证。

6.2 传动系统核心公司

绿的谐波：国产谐波减速器领军企业，产品系列齐全

谐波减速器行业龙头，机电一体化产品解决方案供应商。公司在国内率先实现谐波减速器的工业化生产和规模化应用，打破国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断，机电一体化产品（机电传动及电液传动集成模块）可为客户提供更为标准化的解决方案。

双环传动：国产齿轮专业供应商，全方位布局机器人减速领域

全球高精密齿轮制造第一梯队，人形机器人减速器布局全面。公司专注于齿轮传动产品制造，凭借其高精密齿轮批量化制造的能力与国内外著名的新能源车企与电驱动厂商形成深度合作，已进入高精密齿轮制造领域国际市场的第一梯队。子公司环动科技作为公司机器人减速器业务的主要实施主体，专注于高精密减速器，提供涵盖3—1000KG负载范围的机器人解决方案，包括RV减速器、谐波减速器及机电控一体化关节模组、驱动执行器等，全方位满足客户需求。

北特科技：汽零部件优质企业，人形机器人丝杠赋能成长

公司深耕汽零领域，积极布局人形机器人丝杠产品。公司深耕汽车底盘领域二十余载，在国内转向器齿条以及减振器活塞杆细分行业内，连续多年保持细分市场主导地位。公司持续配合客户开发各型号丝杠零部件，包括螺母、行星滚柱、丝杆、齿圈等，应用于人形机器人执行器及汽车后轮转向系统（RWS），重点建设了人形机器人用丝杠产线，相应工序的设备较为完备，实现全工序均由公司独立完成生产，且能实现单工序自动化方案。

贝斯特：精密零部件龙头，延申布局人形机器人

公司专注于精密零部件，全面布局直线运动部件。公司专注于精密零部件和智能装备及工装产品，并围绕公司三梯次产业的战略布局延展新能源汽车零部件业务（新能源汽车轻量化结构件、高附加值精密零部件等产品）及直线运动部件（高精度滚珠/滚柱丝杠副、高精度滚动导轨副等产品），自主研发的行星滚柱丝杠已于 2023 年顺利出样。公司以全资子公司宇华精机为独立平台，自主研发应用于人形机器人的线性执行器核心部件——标准式、反转式行星滚柱丝杠等。

6.3 传感系统核心公司

柯力传感：专注智能传感器，积极布局人形机器人领域

公司是力矩传感龙头，重点突破机器人传感器。公司主要提供应变式传感器、仪表等元器件，并围绕主业积极开展投并购，沿着机器人力学、触觉、视觉、惯导传感器的主投方向，布局气体、温湿度、MEMS、压力、扭矩等多种物理量传感器相关产品。公司着力重点突破机器人传感器，六维力/力矩传感器已完成人形机器人手腕、脚腕，工业臂、协作臂末端的产品系列开发，并已给多家国内协作机器人、人形机器人客户送样，并将继续向微型、高频响应、MEMS 硅基、力控算法集成等方向进行突破。触觉传感器已启动与多家企业、院校的合作，同时以自研模式进行研发。

东华测试：智能化测控布局全面，传感器产品实力雄厚

公司专注智能化测控系统，传感器产品种类齐全。公司始终专注于智能化测控系统，公司传感器产品可靠性高、稳定性高、指标优异。公司目前传感器产品包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器、应变传感器、多维力传感器、声发射传感器、转速传感器、压力传感器及各类缓变量传感器等多种类型，产品种类齐全。

汉威科技：气体传感器领军企业，积极布局新型传感器

传感器解决方案供应商，积极拓展柔性微纳传感器。公司坚持“成为以传感器为核心的物联网解决方案引领者”的发展愿景，已形成“传感器 监测终端 数据采集 空间信息技术 云应用 AI”的系统解决方案。公司柔性微纳传感器业务主要由控股子公司苏州能斯达开展，已自研多品种、多量程的柔性微纳传感器（压力、压电、应变、织物），开始给多家机器人整机厂商提供电子皮肤及指腹类传感器，供其研发使用，目前也正在持续推进后续合作。

风险提示

1）人形机器人技术迭代不及预期风险。以特斯拉、宇树等为代表的人形机器人企业正不断迭代其人形机器人产品，目前大多数人形机器人产品均处于推出时间较短的状态，若人形机器人技术迭代较慢会影响行业商业化进程，进而影响人形机器人灵巧手需求。

2）人形机器人降本不及预期风险。人形机器人未来需在各个场景替代人类工作，尤其是在一些成本敏感性场景，若人形机器人降本不及预期会影响行业商业化进程，进而影响人形机器人灵巧手需求。

3）政策支持不及预期风险。人形机器人受相关行业政策影响较大，若政策支持不及预期会影响人形机器人产业化进程，进而影响人形机器人灵巧手需求。