人形機(jī)器人行業(yè)市場前景及投資研究報告：靈巧手硬件迭代核心模塊

證券研究報告靈巧手：人形機(jī)器人硬件迭代核心模塊——人形機(jī)器人系列深度PPT（五）行業(yè)評級：看好2024年03月04日靈巧手：人形機(jī)器人硬件迭代核心模塊，關(guān)注重點部件及設(shè)備1、靈巧手：人形機(jī)器人末端執(zhí)行與感知的工具，是人形機(jī)器人未來硬件迭代空間最大的功能模塊之一。靈巧手模仿人手的結(jié)構(gòu)和功能，實現(xiàn)對物體的靈活抓取，滿足多種工作需求。根據(jù)我們測算，目前單只人形機(jī)器人靈巧手成本約2.8萬元，我們預(yù)計產(chǎn)業(yè)化成熟后，單只價值量有望降低到1.5萬元，在人形機(jī)器人整機(jī)成本中占比約14%。我們預(yù)計2030年人形機(jī)器人靈巧手全球市場空間約568億元，2023-2030年市場空間復(fù)合增速約35%。2、傳動、驅(qū)動、傳感系統(tǒng)多元集成解決方案，賦能靈巧手精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展方向（1）傳動系統(tǒng)：包括連桿傳動、齒輪傳動、帶傳動、線繩驅(qū)動等，多種傳動方式可結(jié)合應(yīng)用，實現(xiàn)優(yōu)劣互補(bǔ)；（2）驅(qū)動系統(tǒng)：電機(jī)驅(qū)動為主流路線，驅(qū)動力大、控制精度高、響應(yīng)快，適配于靈巧手的通用性、移動性，易于實現(xiàn)商業(yè)化；（3）傳感系統(tǒng)：內(nèi)在傳感器反饋機(jī)器人動態(tài)信息，外部傳感器感知外部環(huán)境，相互搭配實現(xiàn)靈巧機(jī)械手的運動和控制。3、空心杯電機(jī)：靈巧手電機(jī)最佳選擇之一，海外廠商占據(jù)市場龍頭，國內(nèi)企業(yè)起步較晚，有望借助人形機(jī)器人實現(xiàn)彎道超車（1）使用繞線杯式電機(jī)繞組，減小了電機(jī)運行時的磁阻力矩和齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動，降低了電機(jī)運行過程中的能量損失，具有節(jié)能、效率高、靈敏度高、運行穩(wěn)定等特點，適配靈巧手對體積、性能、成本的優(yōu)化需求。（2）人形機(jī)器人幫助打開空心杯電機(jī)未來市場，根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2022年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模約為51億人民幣，預(yù)計2028年市場規(guī)模將達(dá)到83億人民幣，期間復(fù)合年均增長率約8.5%。我們預(yù)測，人形機(jī)器人2030年需求實現(xiàn)177.2萬臺，帶動空心杯市場空間達(dá)到132億元。（3）中國與歐洲為空心杯電機(jī)的主要市場，根據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，2021年中國和歐洲的空心杯市場分別占全球34.8%、25.9%。全球競爭格局高度集中，中高端市場仍由歐洲企業(yè)主導(dǎo)，CR4占據(jù)市場份額的65%以上。國內(nèi)鳴志電器等暫居第二梯隊，國內(nèi)廠商在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品壽命、精度方面，較海外廠商仍存在一定的技術(shù)差距，隨人形機(jī)器人需求空間打開，進(jìn)程提速。4、繞線機(jī)：空心杯制造核心環(huán)節(jié)，以斜繞形和馬鞍形為主，海外廠商自動化程度相對較高，國產(chǎn)廠商自動化率快速提升空心杯電機(jī)常用的線圈繞法有直繞形、馬鞍形、斜繞形三種形式，斜繞形和馬鞍形在繞制工藝上相對簡單，國內(nèi)外繞線機(jī)多采用這兩種方式。Metetor、田中精機(jī)等廠商自動化發(fā)展居于領(lǐng)先地位，國內(nèi)廠商研發(fā)技術(shù)存在優(yōu)化空間。5、投資建議：關(guān)注人形機(jī)器人靈巧手的重點部件及設(shè)備國產(chǎn)供應(yīng)龍頭。重點推薦鳴志電器、匯川技術(shù)、禾川科技、柯力傳感，重點關(guān)注拓邦股份、偉創(chuàng)電氣、江蘇雷利、鼎智科技、雷賽智能、豐立智能、東華測試、漢威科技、田中精機(jī)等。6、風(fēng)險提示：中美貿(mào)易沖突超預(yù)期、技術(shù)迭代不及預(yù)期、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展不及預(yù)期20102030405靈巧手：模仿人手的結(jié)構(gòu)和功能，機(jī)器人末端執(zhí)行的工具傳動體系：多種傳動方式并存，可結(jié)合應(yīng)用實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)目錄驅(qū)動系統(tǒng)：空心杯電機(jī)應(yīng)用廣泛，進(jìn)行時C

O

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S傳感系統(tǒng)：靈巧手的感知系統(tǒng)，實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控投資建議及風(fēng)險提示3靈巧手：01模仿人手的結(jié)構(gòu)和功能，是機(jī)器人末端執(zhí)行的工具4靈巧手：模仿人手的結(jié)構(gòu)和功能，是機(jī)器人末端執(zhí)行的工具1.1

靈巧手是機(jī)器人操作和動作執(zhí)行的末端工具，在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域?qū)儆谀┒藞?zhí)行器的范疇。

末端執(zhí)行器是機(jī)器人執(zhí)行部件的統(tǒng)稱，一般安裝于機(jī)器人腕部的末端，是直接執(zhí)行任務(wù)的裝置。末端執(zhí)行器作為機(jī)器人與環(huán)境相互作用的最后環(huán)節(jié)與執(zhí)行部件，對提高機(jī)器人的柔性和易用性有著極為重要的作用，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個機(jī)器人的工作性能

靈巧手模仿人手的結(jié)構(gòu)和功能，在機(jī)器人與環(huán)境的交互中起著關(guān)鍵作用。機(jī)器人靈巧手從結(jié)構(gòu)和功能上參考人手，能夠靈活操作對象，實現(xiàn)對物體的靈活抓取，滿足多種工作需求。如特斯拉機(jī)器人“靈巧手”使用較為經(jīng)典的六電機(jī)驅(qū)動方式，和人手一樣同樣使用5個手指，擁有11個自由度，拇指采用雙電機(jī)驅(qū)動彎曲和側(cè)擺，其它四指各用一個電機(jī)帶動，可完成搬運、澆花、實現(xiàn)裝配任務(wù)、抓取電動工具等動作。圖：

特斯拉

Optimus

靈巧手實現(xiàn)澆花動作圖：

特斯拉機(jī)器人完成自助分類物品5資料：2022特斯拉AI

Day，《特斯拉人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化提速，聚焦AI下一個浪潮“具身智能”》，浙商證券研究所靈巧手發(fā)展歷程：1.2圖：靈巧手發(fā)展歷程Utah/MIT

靈巧手第一階段靈巧手Stanford/JPL制造方：美國斯坦福大學(xué)自由度：3*3傳動方式：腱繩傳動傳動方式：電機(jī)驅(qū)動Okada靈巧手制造方：日本“電子技術(shù)實驗室”自由度：3+4*2傳動方式：腱繩傳動驅(qū)動方式：電機(jī)驅(qū)動制造方：美國麻省理工學(xué)院和猶他大學(xué)20世紀(jì)

70年代——20世紀(jì)

90年代自由度：4*4傳動方式：腱繩傳動驅(qū)動方式：氣動驅(qū)動iCub靈巧手Robonaut

hand

靈巧手制造方：美國國家航空宇航局自由度：14傳動方式：腱繩傳動驅(qū)動方式：電機(jī)驅(qū)動DLR-Ⅰ和

DLR-Ⅱ

靈巧手制造方：德國宇航中心第二階段制造方：意大利IIT自由度：眼睛：3，頭：3，胸：3，胳膊：7*2，手：9，腿：6*2傳動方式：肌腱傳動20世紀(jì)

90年代——I

3*4

II

4+3*3自由度：

：，

：傳動方式：腱繩傳動驅(qū)動方式：

電機(jī)驅(qū)動2010

年驅(qū)動方式：電機(jī)驅(qū)動Ritsumeikan

Hand

靈巧手制造方：立命館大學(xué)自由度：4個（拇指1個+食指1個+其余手指1個傳動方式：腱繩傳動驅(qū)動方式：欠驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動SPRINGhand

靈巧手制造方：立命館大學(xué)自由度：8傳動方式：帶傳動驅(qū)動方式：欠驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動第三階段HERI

Hand

靈巧手制造方：立命館大學(xué)自由度：24傳動方式：腱繩傳動驅(qū)動方式：欠驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動2010

年——2020

年Optimus靈巧手Highly

DexterousRobot

Hand制造方：哥倫比亞大學(xué)自由度：15傳動方式：蝸輪蝸桿、絲杠傳動驅(qū)動方式：電機(jī)驅(qū)動，欠驅(qū)動RBOHand3

靈巧手制造方：柏林工業(yè)大學(xué)自由度：16第四階段制造方：特斯拉2020

年——自由度：單手11個自由度傳動方式：蝸輪蝸桿等驅(qū)動方式：電機(jī)驅(qū)動傳動方式：-至今驅(qū)動方式：氣動驅(qū)動6：小米技術(shù)公眾號，IIT官網(wǎng)，澎湃新聞，哥倫比亞大學(xué)官網(wǎng)，劉伊威等《五指仿人機(jī)器人靈巧手DLR/HIT

Hand

II

》，劉宏,G.Hirzinger《智能機(jī)器人靈巧手的研究》，Z.

Ren等《HERI

Hand:

A

Quasi

Dexterous

and資料Powerful

Hand

with

Asymmetrical

Finger

Dimensions

and

Under

Actuation》，Carrozza等《The

SPRING

hand:

development

of

a

self-adaptive

prosthesis

for

restoring

natural

grasping》，劉偉等《機(jī)器人靈巧手研究綜述》，浙商證券研究所結(jié)構(gòu)設(shè)計方案：大多為仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計1.2

目前大多的多指靈巧手外觀多為仿生設(shè)計，手指關(guān)節(jié)等內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有機(jī)械式傳動（如齒輪傳動等）、腱繩傳動方式、軟指手、剛?cè)峤Y(jié)合結(jié)構(gòu)、特殊構(gòu)型、仿生生物關(guān)節(jié)等。仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計類別優(yōu)點缺點案例傳動效率高，響應(yīng)快，關(guān)節(jié)剛度高，

結(jié)構(gòu)冗雜，笨重，柔性不足，抗沖擊性能較弱，機(jī)械式鉸鏈設(shè)計輸出力穩(wěn)定且可控。對手內(nèi)空間配置要求較高。輕量化，柔順適用性，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。關(guān)節(jié)剛度受腱繩形變影響，腱繩與手指結(jié)構(gòu)摩擦干擾大，傳動效率低，壽命較低，維修成本高。腱繩拮抗驅(qū)動設(shè)計結(jié)構(gòu)柔性高，交互安全，成本低廉，

輸出力小，結(jié)構(gòu)剛度低，建模困難，控制精度低?？垢蓴_。軟指手柔順，可靠。剛?cè)岵牧虾徒Y(jié)構(gòu)的融合設(shè)計困難，剛性與柔性的跨量級建模困難。剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)多功能，成本低。通用性差，結(jié)構(gòu)與普通靈巧手差異大，使用學(xué)習(xí)成本高。特殊構(gòu)型高度仿人化，柔順，抗沖擊，可控。

成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，對驅(qū)動器要求高。仿生生物關(guān)節(jié)7資料：《機(jī)器人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀、趨勢與挑戰(zhàn)》蔡世波、浙商證券研究所人形機(jī)器人靈巧手：當(dāng)前單價約5萬元/只，存在降本空間1.3特斯拉Optimus靈巧手、因時機(jī)器人的仿人五指靈巧手RH56BFX、RH56DFX系列，是人形機(jī)器人靈巧手的典型代表。根據(jù)因時機(jī)器人官網(wǎng)，仿人五指靈巧手單價約5萬元/只。特斯拉Optimus靈巧手因時機(jī)器人RH56DFX系列靈巧手?關(guān)節(jié)數(shù)：11?關(guān)節(jié)數(shù)：12?主動自由度：6?主動自由度：6?傳感器：可能含力傳感器、觸覺傳感器?傳感器：集成力傳感器?價格：未知?價格：約5萬元/只8資料：因時機(jī)器人官網(wǎng)，浙商證券研究所人形機(jī)器人靈巧手：產(chǎn)業(yè)化成熟階段，BOM成本占比約14%1.3產(chǎn)業(yè)化初期產(chǎn)業(yè)化成熟階段部件細(xì)分零部件空心杯電機(jī)單機(jī)用量（個）

單價（元）

單機(jī)價值量（元）

價值占比

單機(jī)用量（個）

單價（元）

單機(jī)價值量（元）

價值占比

降本空間1221200300144006006.0%0.3%12260015072003006.9%0.3%-50%-50%齒輪組觸覺傳感器（假設(shè)為MEMS壓力反饋單元）靈巧手1260072003.0%1230036003.5%-50%柔性材料編碼器-122000300200036000.8%1.5%-121500200150024001.4%2.3%-25%-33%圖：產(chǎn)業(yè)化初期及產(chǎn)業(yè)化成熟階段，靈巧手在人形機(jī)器人BOM成本中占比分別為12%、14%產(chǎn)業(yè)化初期產(chǎn)業(yè)化成熟階段旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器靈巧手直線執(zhí)行器動力系統(tǒng)軟件能力傳感器旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器靈巧手直線執(zhí)行器動力系統(tǒng)軟件能力傳感器內(nèi)外骨骼其他材料內(nèi)外骨骼其他材料其他硬件其他硬件1%0%6%1%7%2%10%14%18%1%7%1%12%14%30%40%19%17%9資料：特斯拉AI

Day，X平臺，浙商證券研究所測算人形機(jī)器人靈巧手：預(yù)計2030年全球市場空間約568億元1.32023年802024年812025年822026年832027年832028年842029年852030年85世界總?cè)丝冢▋|人）YOY1.0%25%10%65%1.3%0.2%2.81.0%25%10%65%1.7%0.2%5.30.9%25%10%65%2.3%0.3%9.50.9%25%11%64%3.1%0.9%25%11%64%4.1%0.9%25%11%64%5.0%0.9%24%11%64%5.9%0.8%43.90.8%24%12%64%6.8%0.9%54.80-14歲人口占比65歲以上人口占比TO

C端15-64歲人口占比目標(biāo)收入群體：前百分比目標(biāo)市場滲透率0.4%

添0加.5%標(biāo)題

0.6%TO

C端人形機(jī)器人需求量（萬臺）全球工業(yè)就業(yè)人數(shù)（億人）全球服務(wù)業(yè)就業(yè)人數(shù)（億人）人形機(jī)器人替代比例TO

B端人形機(jī)器人需求量（萬臺）15.77.925.87.934.18.07.77.77.88.18.217.00.004%4.317.30.01%6.717.70.01%14.323.718.00.02%22.538.218.30.04%40.366.018.70.06%60.294.419.019.4TO

B端0.09%89.30.13%122.4177.2合計

人形機(jī)器人需求量（萬臺）7.112.0133.1靈巧手單機(jī)用量22222222均價（元）市場空間（億元）YOY50000714250010236125172307062352610034522185419188575021602956870%44%68%37%47%21%20%13%10資料：特斯拉AI

Day，X平臺，浙商證券研究所測算02傳動體系：多種傳動方式并存，可結(jié)合應(yīng)用實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)11靈巧手傳動形式：連桿傳動、齒輪傳動、帶傳動、線繩驅(qū)動四類2.1特征類型傳動系統(tǒng)特點優(yōu)點缺點多使用多連桿串并聯(lián)混

可抓取大型物體且結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，可

遠(yuǎn)距離控制難度高，易彈射，可抓取連桿傳動齒輪傳動合的形式進(jìn)行包絡(luò)抓取空間有限與傳統(tǒng)的機(jī)械式鉸鏈轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)適配度高齒輪重量大，加大整體質(zhì)量和慣性，提升操作難度穩(wěn)定，高效率，可靠性強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單且傳動平穩(wěn)、可進(jìn)行緩沖；可在大的軸間距和多軸間傳遞動力；價格低、便于維護(hù)傳動形式帶傳動撓性傳動軸壓力大，壽命較短模擬人手的肌腱結(jié)構(gòu)，

末端的負(fù)載和慣量低，抓取速度快；

負(fù)載能力弱，預(yù)緊力變化大，效率隨使大型驅(qū)動器可遠(yuǎn)離執(zhí)

排布靈活，適合空間狹小且需要驅(qū)動

負(fù)載增加而降低；容易磨損、斷裂，線繩驅(qū)動行機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目較多的傳動場合需要經(jīng)常檢修和更換12資料：《機(jī)器人靈巧手研究綜述》、《機(jī)器人傳動新方案——靈巧手行業(yè)梳理》、賢集網(wǎng)、愛采購、浙商證券研究所以北航BH-985為例，靈巧手融合三種傳動方式2.2

北航BH-985靈巧手布局完全仿人，5個手指安裝在手掌上，每個手指有三個指節(jié)，整手共有11個自由度。每個手指的指節(jié)都設(shè)計成空心，便于指端力傳感器和角位移傳感器在手指內(nèi)部走線。

拇指、食指和中指：每個手指有3個自由度，此三個手指能夠滿足對物體實現(xiàn)靈活操作的功能；

環(huán)指、小指：設(shè)計成起到輔助抓持作用的手指，只有一個自由度，共用一個電機(jī)驅(qū)動，三個指節(jié)的運動采用連桿傳動，耦合在一起。這兩個手指不僅起到提高抓握穩(wěn)定性的作用，而且使整個手在外觀上完全仿人，增加了手的美觀性。圖：北航BH-985靈巧手圖示齒輪傳動機(jī)構(gòu)鋼絲繩傳動連桿傳動機(jī)構(gòu)13資料：李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計》，浙商證券研究所齒輪傳動：實現(xiàn)靈巧手精準(zhǔn)位置控制2.3

由于齒輪傳動具有效率高、傳動比恒定、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長等優(yōu)點，因此各個手指的近關(guān)節(jié)和拇指、食指、中指的中關(guān)節(jié)等11個位置都采用齒輪傳動。

該設(shè)計滿足結(jié)構(gòu)緊湊的要求，并且有助于實現(xiàn)精確的位置控制，且為了考慮齒輪通用性、減少加工困難，將這11處圓錐齒輪傳動設(shè)計成完全相同的形式——齒輪1通過銷聯(lián)接的方式與十字軸的長軸固聯(lián)，電機(jī)通過齒輪2帶動齒輪1轉(zhuǎn)動，使拇指實現(xiàn)側(cè)擺運動。雙聯(lián)齒輪活套在十字軸的長軸上，齒輪3通過雙聯(lián)齒輪及齒輪4，帶動拇指實現(xiàn)屈曲運動，其中齒輪4活套在十字軸的短軸上并通過銷聯(lián)接與拇指近指節(jié)相固聯(lián)。食指和中指的近關(guān)節(jié)十字軸傳動與拇指類似。圖：拇指十字軸傳動機(jī)構(gòu)原理圖添14資料：李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計》，浙商證券研究所鋼絲繩傳動：柔順伸縮助于靈巧操作2.4

北航BH-985靈巧手在拇指、食指和中指的中、遠(yuǎn)指節(jié)采用了柔性好、伸縮性小的進(jìn)口鋼絲傳動。

鋼絲繩傳動利用鋼絲繩的拉力實現(xiàn)力和運動的傳遞，具有柔順性好的優(yōu)點，適合用于靈巧操作。但由于零件的尺寸小，鋼絲繩與繩輪的固定式需要解決的問題；另外，鋼絲繩式彈性元件，剛度較低，長時間使用后容易出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，因此使用后需要進(jìn)行張緊。圖：鋼絲繩固定與張緊機(jī)構(gòu)題15資料：李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計》，浙商證券研究所連桿傳動：提供較大抓持力，精準(zhǔn)控制存在難度2.5

北航BH-985靈巧手的環(huán)指和小指分別只有一個自由度，該手指的電機(jī)安放在手掌上，電機(jī)驅(qū)動近指節(jié)運動，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)由近指節(jié)通過連桿機(jī)構(gòu)帶動，實現(xiàn)耦合運動。

連桿機(jī)構(gòu)剛度好，有利于在力度抓持時提供較大的抓持力，連桿傳動能夠?qū)崿F(xiàn)中心距較大的傳動；但由于中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)的運動與近指節(jié)存在耦合關(guān)系，因此其轉(zhuǎn)角由近指節(jié)轉(zhuǎn)角所決定，難以實現(xiàn)精確的位置控制。圖：環(huán)指連桿傳動原理圖16資料：李久振等《北航BH-985靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計》，

浙商證券研究所驅(qū)動系統(tǒng)：空心杯電機(jī)應(yīng)用廣泛，進(jìn)行時0317靈巧手具有多種驅(qū)動方式，電機(jī)驅(qū)動為主流方式3.1

動力源/驅(qū)動方式：根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)可分為液壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、形狀記憶合金驅(qū)動四類。

電機(jī)驅(qū)動是目前多指靈巧手的主要驅(qū)動方式。電機(jī)驅(qū)動具有驅(qū)動力大，控制精度高、響應(yīng)快、模塊化設(shè)計、易于更換維護(hù)等優(yōu)點。特斯拉optimus、優(yōu)必選人形機(jī)器人靈巧手等都選擇了電機(jī)驅(qū)動方式。特斯拉靈巧手采用空心杯電機(jī)驅(qū)動技術(shù)路線特征類型優(yōu)點缺點工業(yè)機(jī)械手常用，可進(jìn)行大型抓取工作液壓驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)龐大，便攜性差標(biāo)準(zhǔn)化、響應(yīng)快，調(diào)控方便、精度高、輸出力矩穩(wěn)定成本較高，工藝要求度高動力源/驅(qū)動方式操作簡單、質(zhì)量輕、動作迅速、

軌跡精度不高、可操作加標(biāo)題點擊此處添加標(biāo)題點擊此處添加氣壓驅(qū)動價格適中、維護(hù)方便性弱優(yōu)必選靈巧手采用電機(jī)驅(qū)動技術(shù)路線題添加適宜小型、高精度機(jī)器人裝配作業(yè)；負(fù)載驅(qū)動反應(yīng)迅速，且位移幅度大，變位快速形狀記憶合金驅(qū)動標(biāo)可工作時間短，易疲勞18資料：《機(jī)器人靈巧手研究綜述》、《機(jī)器人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀、趨勢與挑戰(zhàn)》、眾星智能公眾號、特斯拉AIDay、優(yōu)必選官網(wǎng)、浙商證券研究所空心杯電機(jī)：實現(xiàn)高效率與穩(wěn)定運行，是靈巧手的最佳選擇之一3.2

空心杯電機(jī)的主要組成部分包括空心杯繞組、轉(zhuǎn)子組件、傳感器組件、法蘭、軸承、磁軛等，永磁體作為轉(zhuǎn)子，繞組作為定子，三相定子繞組采用繞線杯結(jié)構(gòu)，電樞繞組以自支撐的形式分布在氣隙中，繞線杯式繞組式實現(xiàn)消除齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵部件，定子組件是由三相對稱分布的繞組、磁軛、引出線焊接板等組成，轉(zhuǎn)子組件主要是由軸承、永磁體和轉(zhuǎn)子護(hù)套組成。圖：空心杯無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)圖19資料：《高速空心杯電動機(jī)控制技術(shù)研究》李建寧，浙商證券研究所空心杯電機(jī)：實現(xiàn)高效率與穩(wěn)定運行，是靈巧手的最佳選擇之一3.2

空心杯電機(jī)與其他電機(jī)的主要區(qū)別是使用了繞線杯式電機(jī)繞組，這種新型結(jié)構(gòu)由于沒有沖齒槽結(jié)構(gòu)，減小了電機(jī)運行時的磁阻力矩和齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動，降低了電機(jī)運行過程中的能量損失，使電機(jī)性能得到了極大的提高，具有節(jié)能、效率高、靈敏度高、運行穩(wěn)定等特點。因此，空心杯適用于高續(xù)航（如智能手表、健康監(jiān)測器）以及結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)器設(shè)備（如機(jī)器人、無人機(jī)）等領(lǐng)域，滿足其對高效、節(jié)能、小型化的電機(jī)的需求?？招谋姍C(jī)優(yōu)點空心杯電機(jī)不需要將繞組纏繞在鐵芯上，電樞繞組有足夠的空間分布在定子內(nèi)腔表面，可以提高電樞繞組的匝數(shù)，因此電機(jī)可以承受更高的電壓等級。此外，電樞繞組的結(jié)構(gòu)也提高了銅線截面積，可以提高電機(jī)的電流等級，實現(xiàn)了比傳統(tǒng)開槽電機(jī)更大的功率體積比。更大的功率體積比空心杯電機(jī)的定子不開槽，電樞繞組被粘貼在定子的內(nèi)腔表面，使氣隙和磁阻比傳統(tǒng)電機(jī)大，從而保證了永磁體在電流過載倍數(shù)很大的情況下，也不容易退磁，因此過載性能和穩(wěn)定性強(qiáng)?？招谋姍C(jī)可以有效排出電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，具有更好的散熱性能，保證電機(jī)長時間運行不會出現(xiàn)過熱。更好的散熱性能和更高的過載能力噪聲更低、運行更平穩(wěn)空心杯無刷電機(jī)定子無齒槽，沒有齒槽轉(zhuǎn)矩，消除了齒槽產(chǎn)生的電磁噪音?？招谋姍C(jī)電感很低，電氣時間常數(shù)小，響應(yīng)速度極快，空心杯電機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)值可達(dá)10ms以內(nèi)，另外無齒槽設(shè)計使得空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速波動小，運動平滑，伺服特性優(yōu)良?？刂菩阅軆?yōu)良20資料：《高速空心杯電動機(jī)控制技術(shù)研究》李建寧，電機(jī)新世界，浙商證券研究所空心杯電機(jī)：應(yīng)用于航天航空，醫(yī)療，機(jī)器人等多個領(lǐng)域3.3應(yīng)用領(lǐng)域航空領(lǐng)域具體應(yīng)用產(chǎn)品飛機(jī)控制系統(tǒng):用于小型舵面、各種類型的空氣和液體閥門、電傳飛行航空領(lǐng)域控制系統(tǒng)、閥門、空調(diào)系統(tǒng)等的執(zhí)行器;機(jī)上通訊和機(jī)艙設(shè)施:各種用于天線裝置、窗戶遮光板控制、電動座椅調(diào)節(jié)、衛(wèi)生間、行李架關(guān)閉輔助裝置的執(zhí)行器。用于火箭發(fā)動機(jī)閥門、光伏陣列驅(qū)動裝器以及伸展機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置。用于對接分離系統(tǒng)執(zhí)行器；應(yīng)用于科研航天器和機(jī)器人探測任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其是在月球和火星的探測任務(wù)重航天領(lǐng)域航天航空基礎(chǔ)設(shè)施:用于對接、維護(hù)、發(fā)射和降落系統(tǒng)的執(zhí)行器,用于執(zhí)行維護(hù)作業(yè)的機(jī)器人系統(tǒng):有效載荷機(jī)構(gòu):舵面執(zhí)行器、電子光學(xué)元器件、云臺和負(fù)載驅(qū)動裝置、絞盤和負(fù)載鎖定裝置;由電機(jī)、控制器和螺旋槳組成的優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)，可用于多軸飛行器、固定翼飛行器和無人垂直起降飛行器。無人機(jī)領(lǐng)域傳感器或有源元件可以幫助有源植入物監(jiān)控或支持人體功能，例如在心臟支持系統(tǒng)、主動閥、定位系統(tǒng)、泵系統(tǒng)等。有源植入物外殼系統(tǒng)手術(shù)機(jī)器人，用于支持外科醫(yī)生;外科手持工具，用于去除組織和軟骨、鉆孔和固定螺栓。醫(yī)療設(shè)備胰島素泵，在必要時自動注射必要的胰島素量，以使糖尿病患者的血糖水平保持在正確的水平;全新泵機(jī)和藥劑配量系統(tǒng)的開發(fā)，并專門處理客戶的需求。泵機(jī)和藥劑配量系統(tǒng)各種的假體，例如仿生手、仿生腳、外骨骼等。復(fù)健和假肢液體處理(移液機(jī)器人)、即時檢測診斷(POC)、DNA測序、PCR分析。實驗室自動化工業(yè)自動化工業(yè)自動化和機(jī)器人傳送帶、電動夾具、泵、半導(dǎo)體、紡織品、焊接設(shè)備。21資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，浙商證券研究所3.4

預(yù)計2028年全球空心杯規(guī)模達(dá)到83億元，CAGR達(dá)8.5%

空心杯電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，同時其重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗?？招谋姍C(jī)能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到90%以上（普通鐵芯電動機(jī)一般在15-50%）?？招谋姍C(jī)作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，在很多領(lǐng)域代表了電動機(jī)的發(fā)展方向。

根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2022年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模約為51.0億人民幣，預(yù)計2028年市場規(guī)模將達(dá)到83.0億人民幣，期間復(fù)合年均增長率約8.5%。全球空心杯電機(jī)市場空間有望從2022年的51億元增長到2028年的83億元，CAGR=8.5%2022年和2028年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模（億元）90807060504030201008351CAGR=8.5%2022年2028年E22資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、CSDN、朗億空心杯官網(wǎng)、浙商證券研究所人形機(jī)器人：打開空心杯市場需求，2030年市場有望達(dá)到132億元3.52022年802023年802024年812025年822026年832027年832028年842029年852030年85世界總?cè)丝冢▋|人）YOY1.0%25%10%65%1.1%0.1%1.71.0%25%10%65%1.3%0.2%2.81.0%25%10%65%1.7%0.2%5.30.9%25%10%65%2.3%0.3%9.50.9%25%11%64%3.1%0.4%15.77.90.9%25%11%64%4.1%0.5%25.87.90.9%25%11%64%5.0%0.6%34.18.00.9%24%11%64%5.9%0.8%43.98.10.8%24%12%64%6.8%0.9%54.80-14歲人口占比65歲以上人口占比TO

C端15-64歲人口占比目標(biāo)收入群體：前百分比目標(biāo)市場滲透率TO

C端人形機(jī)器人需求量（萬臺）全球工業(yè)就業(yè)人數(shù)（億人）全球服務(wù)業(yè)就業(yè)人數(shù)（億人）人形機(jī)器人替代比例TO

B端人形機(jī)器人需求量（萬臺）7.67.77.77.88.216.717.017.30.01%6.717.70.01%14.323.718.00.02%22.538.218.318.719.00.09%19.4點擊此處添加標(biāo)題添加標(biāo)題點擊此處添TO

B端0.002%

0.004%0.04%0.06%0.13%122.4177.2加標(biāo)題點擊此處添加標(biāo)題點擊此處添加2.54.24.37.140.366.060.289.3合計

人形機(jī)器人需求量（萬臺）空心杯電機(jī)12.094.4133.1題添加標(biāo)題點擊此處添加標(biāo)題點擊此處單機(jī)用量1214407121296111211661712105030129454312850671276587126891101262013220%均價（元）市場空間（億元）YOY53%52%78%45%56%29%27%23資料：浙商證券研究所測算競爭格局：海外廠商占據(jù)市場龍頭，進(jìn)行時3.6

中國與歐洲為空心杯電機(jī)的主要市場，但高端市場仍被歐洲企業(yè)主導(dǎo)。根據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，2021年中國和歐洲的空心杯市場份額分別占全球總市場的34.8%、25.9%。

空心杯全球競爭格局高度集中，目前海外廠商為主。全球空心杯電機(jī)市場的主要制造商包括瑞士MAXON、德國FAULHABER、瑞士PORTESCAP、美國Allied

MotionTechnologies公司，這四家頂級制造商占據(jù)了市場份額的65%以上。由于瑞士、德國等歐洲以及北美廠商對空心杯電機(jī)研發(fā)較早，具有性能優(yōu)異的生產(chǎn)設(shè)備和穩(wěn)定成熟的工藝，行業(yè)地位較高，因此產(chǎn)品競爭優(yōu)勢明顯，形成一定程度壟斷。而國內(nèi)大多數(shù)廠商主要受制于核心技術(shù)的突破。2021年空心杯市場份額空心杯電機(jī)品牌梯隊添加題第一梯隊34.8%39.3%MAXON、FAULHABER等第二梯隊鳴志電器以及美、日企業(yè)25.9%第三梯隊鼎智科技、兆威機(jī)電、偉創(chuàng)電氣等中國歐洲其他24資料：電機(jī)通公眾號，立鼎產(chǎn)業(yè)研究院，QYResearch，浙商證券研究所3.6

競爭格局：海外廠商占據(jù)市場龍頭，進(jìn)行時

國內(nèi)外空心杯電機(jī)制造商在軟實力和硬實力均有一定差距。硬實力的差距主要集中在電機(jī)材料選用、本體設(shè)計和機(jī)電控制方案配置，國外企業(yè)具有先進(jìn)的加工鍍膜工藝與更扎實的電機(jī)材料理論研究、小尺寸電機(jī)設(shè)計能力強(qiáng)和上千種方案進(jìn)行驅(qū)動配置;軟實力的差距主要集中于市場影響力、客戶資源、品牌聲譽(yù)與市場認(rèn)可度等。主要生產(chǎn)廠商

成立年份主營業(yè)務(wù)產(chǎn)品圖例公司是全球領(lǐng)先的高精度驅(qū)動系統(tǒng)供應(yīng)商，分布于全球40個國家。主要產(chǎn)品有無刷和有刷DC電機(jī)、行星齒輪箱、正齒輪箱、特殊齒輪箱、傳感器、編碼器、伺服放大器、位置控制器等。瑞士MAXON19611947公司是精細(xì)機(jī)械和機(jī)電技術(shù)方面領(lǐng)域的杰出代表，在全球30多個國家與地區(qū)設(shè)有銷售代表和分公司。主要產(chǎn)品有直流電機(jī)、內(nèi)置驅(qū)動器電機(jī)、直線電機(jī)、

減速箱、線性致動器、編碼器、電子控制、配件等。德國FAULHABER公司專注于運動控制領(lǐng)域核心技術(shù)及系統(tǒng)級解決方案的研發(fā)和經(jīng)營，核心業(yè)務(wù)圍繞自動化和智能化領(lǐng)域有序外延擴(kuò)張。分公司遍及北美、歐洲、日本和東南亞全球員工總數(shù)已達(dá)3,000多人。主要產(chǎn)品包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、無刷無槽電機(jī)、直線步進(jìn)電機(jī)、直流無刷電、機(jī)伺服電機(jī)、智能驅(qū)動、智能照明系統(tǒng)等。鳴志電器鼎智科技19942008公司專注于直線絲桿步進(jìn)電機(jī)，深耕精密直線運動系統(tǒng)領(lǐng)域，在中國和美國設(shè)

有生產(chǎn)基地，在中國深圳、美國加州和韓國設(shè)有銷售分部。主要產(chǎn)品線性執(zhí)行器、混合式旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、直流有刷電機(jī)、直流無刷電機(jī)、空心杯電機(jī)、簡易模組、微型夾爪、音圈電機(jī)、運動控制器等。25資料：中國傳動網(wǎng)、各公司官網(wǎng)、各公司公告、浙商證券研究所競爭格局：海外廠商占據(jù)市場龍頭，進(jìn)行時3.6主要生產(chǎn)廠商

成立年份主營業(yè)務(wù)產(chǎn)品圖例公司自設(shè)立以來一直專注于電氣傳動和工業(yè)控制領(lǐng)域，主營業(yè)務(wù)為變頻器、伺服及控制系統(tǒng)

等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、礦用設(shè)備、起重、高效能源、

軌道交通、智能裝備、電液伺服、印刷包裝、石油化工等行業(yè)。偉創(chuàng)電氣雷賽智能20131997公司是國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，專業(yè)從事智能裝備運動控制核心部件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)，主要產(chǎn)品為伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)、控制技術(shù)類產(chǎn)品等，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于新能源、半導(dǎo)

體、工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)，為全球智能裝備行業(yè)客戶提供穩(wěn)定可靠、高附加值的運動控制核心部件及系統(tǒng)級解決方案。公司是一家技術(shù)驅(qū)動的工業(yè)自動化控制核心部件及整體解決方案提供商，主要從事工業(yè)自動化產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及應(yīng)用集成。為客戶提供由核心部件、機(jī)器自動化到數(shù)字化工廠的整體解決方案，產(chǎn)品矩陣已經(jīng)

實現(xiàn)工業(yè)自動化領(lǐng)域“控制+驅(qū)動+執(zhí)行傳感+機(jī)電一體化”的覆蓋，并在近年沿產(chǎn)業(yè)鏈上下游不斷延伸，涉足上游的工控芯片、傳感器和下游的高端精密數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。禾川科技拓邦股份20111996公司主營業(yè)務(wù)為智能控制系統(tǒng)解決方案的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，即以電控、電機(jī)、電池、電源、物聯(lián)

網(wǎng)平臺的“四電一網(wǎng)”技術(shù)為核心，面向家電、工具、新能源、工業(yè)和智能解決方案等行業(yè)提供各種定制化解決方案。26資料：各公司官網(wǎng)、各公司公告、浙商證券研究所競爭格局：海外廠商占據(jù)市場龍頭，進(jìn)行時3.6

國內(nèi)廠商在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品壽命、精度方面，較海外廠商仍存在一定的技術(shù)差距。在產(chǎn)品設(shè)計層面上，國內(nèi)廠商與國外先進(jìn)廠商相比尺寸精密度有差距，國外企業(yè)小尺寸電機(jī)設(shè)計能力強(qiáng)，直徑最小尺寸可至6mm，MAXON和FAULHABER的無刷空心杯電機(jī)尺寸可達(dá)4mm和3mm，而國內(nèi)企業(yè)少有12mm以下尺寸的空心杯電機(jī)產(chǎn)品。在相同的8mm直徑、6V額定電壓的有刷空心杯參數(shù)對比下，國內(nèi)電器在功率、最大效率的表現(xiàn)較國外廠商有一定差距。表：空心杯電機(jī)主要廠商產(chǎn)品尺寸范圍廠商有刷空心杯直徑（mm）無刷空心杯直徑（mm）瑞士MAXON6-906-384-903-44德國FAULHABER瑞士PORTESCAP鳴志電器8-358-358-2413-30表：空心杯電機(jī)產(chǎn)品對比廠商代表產(chǎn)品直徑（mm）功率（W）機(jī)械時間常數(shù)（ms）電壓（V）空載轉(zhuǎn)速（rpm）額定轉(zhuǎn)矩（mNm）最大效率（%）MAXON：DCX

8M?8

mm80.54.186110000.63771FAULHABER：0816K006SR8881.20.50.36.55.36.66661350011000135000.690.640.85697255PORTESCAP：08GS61鳴志電器：DCU08017P0627資料：立鼎產(chǎn)業(yè)研究，《永磁直流有刷空心杯電機(jī)設(shè)計》，各公司官網(wǎng)，浙商證券研究所繞線工藝：空心杯制造重要環(huán)節(jié)，以斜繞形和馬鞍形為主3.7

空心杯電機(jī)的生產(chǎn)工藝主要分為四個步驟：鐵芯制造、線圈繞制、轉(zhuǎn)子制造和電子調(diào)速器的組裝。其中，鐵芯制造是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要精確的加工和組裝工藝。線圈繞制則是將鐵芯和線圈進(jìn)行組合，制造定子。轉(zhuǎn)子制造是將磁鋼和軸承進(jìn)行組裝，制造轉(zhuǎn)子。最后再將電子調(diào)速器和傳感器進(jìn)行組裝。

空心杯電機(jī)常用的線圈繞法有直繞形、馬鞍形、斜繞形三種形式。其中，直繞形繞制方法工藝較為復(fù)雜，多用于較長繞組結(jié)構(gòu)，常為多次繞制而成。斜繞形和馬鞍形在繞制工藝上相對簡單,國內(nèi)外繞線機(jī)多采用這兩種方式?？招谋姍C(jī)生產(chǎn)流程空心杯電機(jī)線圈繞制形式添加標(biāo)題28資料：

萬高電機(jī)，《馬鞍形空心杯電機(jī)線圈繞制設(shè)備研究》，鼎智科技招股書，浙商證券研究所3.8

直繞式：集中繞組的優(yōu)化與挑戰(zhàn)，提升槽滿率與端部尺寸

直繞式是指元件有效導(dǎo)體部分與電樞軸線平行的繞組，屬于集中繞組。繞制時先按匝數(shù)要求在繞線模上繞制成普通環(huán)形的漆包線元件，在排線芯軸上按繞線組展開圖連成繞組，兩端部涂以適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑并固化成型。

優(yōu)點：槽滿率較高，繞線杯中部壁薄。

缺點：由于繞制線圈時漆包線排布不整齊有堆疊，故整個電樞杯線圈排布較亂，且排線時端部須留有走線余量，從而導(dǎo)致端部尺寸較高。直繞式繞線杯平面連接圖29資料：《空心繞線杯無刷電機(jī)繞組設(shè)計技術(shù)》，浙商證券研究所斜繞式：融合簡易操作與高效生產(chǎn)，槽滿率存在挑戰(zhàn)3.9

斜繞式也稱蜂房式繞組，采用蜂房式繞發(fā)制成，中間留抽頭，為了能連續(xù)繞制，必須使元件有效邊和電樞軸線成一定傾斜角度。

優(yōu)點：端部尺寸較小。斜繞組以其繞線工藝簡單易操作被廣泛應(yīng)用，國外兩大知名空心杯電機(jī)生產(chǎn)公司德國某公司和瑞士某公司均采用斜繞組電樞杯，采用先進(jìn)的繞線工藝技術(shù)，采用自動化設(shè)備一次性繞制成型，合格率

100%，繞組杯平整度、一致性很好。

缺點：由于斜繞式連續(xù)繞制需要一定的排線角，使得漆包線交疊，槽滿率較低。瑞士某公司斜繞組電樞杯繞制過程德國某公司斜繞組電樞杯繞制過程德國某公司斜繞組電樞杯成品標(biāo)30資料：《空心繞線杯無刷電機(jī)繞組設(shè)計技術(shù)》，《空心杯電機(jī)斜繞組與同心式繞組性能分析》，浙商證券研究所馬鞍形：提升磁體效率與降低材料消耗，繞制質(zhì)量與效率較低3.10

線圈排列形狀上，馬鞍形線圈的每匝線圈呈現(xiàn)馬鞍的形狀一層層緊密排列。

優(yōu)點：線圈排列紋路清晰，銅線之間不發(fā)生干涉，線圈兩端重疊率較低；線圈材料耗費小，導(dǎo)線總長減小，線圈內(nèi)阻小；相同的磁體，利用效率更高。

缺點：國內(nèi)馬鞍形線圈多是卷繞法的成型方式，多采用手工或半自動化設(shè)備，自動化程度低，繞制線圈質(zhì)量和效率較低。馬鞍形空心杯線圈形狀馬鞍形空心杯線圈成型過程添加標(biāo)題31資料：《馬鞍形空心杯電機(jī)線圈繞制設(shè)備研究》，浙商證券研究所空心杯繞線：海外自動化程度相對較高，國內(nèi)待彎道超車3.11主營業(yè)務(wù)繞線機(jī)代表產(chǎn)品公司是世界上有著較高占有率的繞線機(jī)供應(yīng)商，在行業(yè)內(nèi)具有較為先進(jìn)的技術(shù)和強(qiáng)大的研發(fā)實力，研制出諸多類型的線圈繞制設(shè)備，攻克了較多技術(shù)上的難題，在多個方面有著獨特的解決方案。瑞士Meteor-公司是世界繞線機(jī)生產(chǎn)的鼻祖，

第一個將計算機(jī)控制用于全自動繞線機(jī)上，

發(fā)明了磁鐵無摩擦張力器，

研發(fā)出

CNC可翻轉(zhuǎn)的多軸繞線設(shè)備的公司。日本田中精機(jī)株氏協(xié)會公司是我國從事電機(jī)設(shè)備研究與制造較早的企業(yè)，為電機(jī)制造企業(yè)提供了個性化系統(tǒng)解決方案。

特別是在無刷電機(jī)生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，該公司生產(chǎn)的多款自動以及半自動繞線設(shè)備是國內(nèi)該行業(yè)專用設(shè)備中的佼佼者，成為國內(nèi)較受歡迎的繞線設(shè)備生產(chǎn)廠商。中國中特科技工業(yè)東莞市臺立電子機(jī)械有限公司公司生產(chǎn)的繞線設(shè)備能夠應(yīng)用汽摩磁電機(jī)、

汽車雨刷電機(jī)等汽車上的電機(jī)線圈繞制，另外可繞制航模電機(jī)等定子或轉(zhuǎn)子線圈。32資料：《馬鞍形空心杯電機(jī)線圈繞制設(shè)備研究》，浙商證券研究所傳感系統(tǒng)：靈巧手的感知系統(tǒng)，實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控04334.1

傳感器：內(nèi)外融合與協(xié)作，感知動態(tài)信息與外界環(huán)境

根據(jù)傳感器在靈巧手中的布局和功能，分為內(nèi)在傳感器和外在傳感器兩類。內(nèi)在傳感器反饋機(jī)器人身體的動態(tài)信息，例如手關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)扭矩和肌腱拉力，而外部傳感器則感知外部環(huán)境，例如壓力、力、溫度和光滑度。應(yīng)用不同的算力規(guī)劃、控制和學(xué)習(xí)來實現(xiàn)靈巧機(jī)械手的運動和控制。傳感器用于靈巧手的感知方法及其操作靈巧手傳感器分類34資料：

《Areview

on

sensory

perception

for

dexterous

robotic

manipulation》Ziwei

Xia等，浙商證券力傳感器：靈巧手關(guān)節(jié)處感知并度量力的核心4.2

力傳感器是感知并度量力的關(guān)鍵部件。力矩傳感器又稱為扭矩傳感器，可對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上的扭轉(zhuǎn)力矩進(jìn)行感知檢測，能夠?qū)⑴ちΦ奈锢碜兓D(zhuǎn)換成電信號，具有精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優(yōu)點。力/扭矩傳感器提供機(jī)械手的動態(tài)信息，是機(jī)械手進(jìn)行穩(wěn)定、靈巧的抓取和操縱的必要條件。如Robonaut

2就使用了一種高集成度的力傳感器來準(zhǔn)確測量張力信息。靈巧手手指的基于光電斷路器的力傳感器Robonaut

2使用高集成度的力傳感器35資料：鑫精誠傳感器、《Areview

on

sensory

perception

for

dexterous

robotic

manipulation》Ziwei

Xia等、《The

Robonaut

2hand—designed

todoworkwithtools》Bridgwater

LB等、浙商證券研究所4.3

觸覺傳感器：目前主要有MEMS、電子皮膚兩種技術(shù)實現(xiàn)路徑

MEMS壓力陣列觸覺傳感器：通過測量介質(zhì)的壓力來實現(xiàn)對物理量的檢測。其基本原理是利用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制造出微小結(jié)構(gòu)，通過這些結(jié)構(gòu)對介質(zhì)產(chǎn)生的壓力進(jìn)行敏感檢測，并將檢測到的信號轉(zhuǎn)換為可讀取的電信號。特斯拉Optimus-Gen2靈巧手指尖部位就使用了列陣式觸覺傳感器，可以實現(xiàn)捏住雞蛋的抓取易碎物品的能力。圖：五類不同原理的觸覺傳感器的對比分析圖：Optimus-Gen2

靈巧手使用觸覺傳感器原理優(yōu)點缺點壓敏電阻漏電流穩(wěn)定性差;體積大，不易實壓阻式

較高的靈敏度;過載承受能力強(qiáng)

現(xiàn)微型化;功耗高;易受噪聲影響;接觸表面易碎較高的空間分辨率;電磁干擾影

多力共同作用時，線性度較低;數(shù)據(jù)實時性光電式電容式響較小差;標(biāo)定困難測量量程大;線性度好；制造成

物理尺寸大，不易集成化;易受噪聲影響，本低;實時性高穩(wěn)