人形機(jī)器人“好用”的關(guān)鍵：特斯拉Optimus22自由度靈巧手方案解析-華鑫證券

證券研究報(bào)告行業(yè)深度報(bào)告證券研究報(bào)告行業(yè)深度報(bào)告n分析師：林子健nSAC編號(hào)：S1050523090001靈巧手的需求來源于柔性制造人體結(jié)構(gòu)是最適應(yīng)現(xiàn)代文明的進(jìn)化形態(tài)，同理，“人造人”是最貼近人類日常生產(chǎn)生活需求的機(jī)器人形態(tài)。將自動(dòng)化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝灾圃燔囬g，需要尋求智能的解決方案，而這種解決方案可以由靈巧手和人形機(jī)器人來締造，并且有機(jī)器學(xué)習(xí)和類腦智能技術(shù)的加持，數(shù)字化的日常生活都能成為人形機(jī)器人的學(xué)習(xí)資料，智能性將持續(xù)深化?？梢宰寵C(jī)器人像人一樣使用工具的靈巧手，是提升機(jī)器人柔性操作能力的關(guān)鍵部件，是柔性制造避不開的一環(huán)。特斯拉OptimusGen3靈巧手有三大變化，三大變化均指向絲杠用量提升我們推測(cè)，特斯拉下一代靈巧手方案是N自由度、N腱繩、N執(zhí)行器方案。根據(jù)10月10日特斯拉在發(fā)布會(huì)上的演示視頻，特斯拉新一代靈巧手采用腱繩驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，肌腱的一端固定在指尖(骨骼)中，另一端連接到執(zhí)行器(肌肉)。目前Opimus靈巧手自由度為22個(gè)，已與人手處于相當(dāng)水平。我們推測(cè)，特斯拉手部執(zhí)行器數(shù)量在17/22個(gè)。驅(qū)動(dòng)器外置帶來自由度提升：驅(qū)動(dòng)器后置集成在手臂上可以放入更多的驅(qū)動(dòng)器，直接增加靈巧手的自由度；采用絲杠替代蝸桿：二者作用均是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，采用絲杠能有效提升靈巧手的精度和載荷能力，提高傳采用腱繩替代扭力彈簧：上一代機(jī)器人手指伸展主要依靠扭力彈簧復(fù)原，但現(xiàn)在采用一根單獨(dú)的腱繩完成伸展，靈活性2誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效2誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明靈巧手工程量占據(jù)Optimus工程量的50%。靈巧手作為機(jī)器人上最重要的末端執(zhí)行器，我們認(rèn)為其設(shè)計(jì)和構(gòu)造必然會(huì)隨著機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景改變而改變?，F(xiàn)階段仍然沒有辦法打造出同時(shí)具備低成本、長(zhǎng)壽命、高精細(xì)化的靈巧手。這一代22自由度的Optimus靈巧手已經(jīng)在自由度上接近人手，但腱繩結(jié)構(gòu)還是存在一定程度上的不足。在實(shí)際應(yīng)用中出于實(shí)用性和成本考慮，靈巧手必然、會(huì)迭代出多個(gè)版本，使得不同場(chǎng)景中的機(jī)器人可以靈活搭配上不同靈巧手來完成相對(duì)確定場(chǎng)景中的工作。應(yīng)用場(chǎng)景特性不同，采購(gòu)不同版本的靈巧手的成本會(huì)低于采購(gòu)不同版本的機(jī)器人，靈巧手是機(jī)器人走向“好用”的關(guān)靈巧手關(guān)鍵零部件解析靈巧手價(jià)值量最高的三個(gè)部件即絲杠、電機(jī)、減速器，推薦標(biāo)的包括：1）絲杠：雙林股份、貝斯特、北特科技、五洲新春；2）空心杯電機(jī)和減速器：鳴志電器、兆威機(jī)電、雷賽智能；3）總成：捷昌驅(qū)動(dòng)、兆威機(jī)電。2誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效2誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明重點(diǎn)關(guān)注公司及盈利預(yù)測(cè)兆威機(jī)電誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明5機(jī)器人下游應(yīng)用不及預(yù)期地緣政治風(fēng)險(xiǎn)研發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明目錄1.靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器2.特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向手部絲杠價(jià)值量上升3.靈巧手關(guān)鍵零部件解析4.風(fēng)險(xiǎn)提示誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明1、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.1、靈巧手是機(jī)器人一種復(fù)雜的末端執(zhí)行器，其需求來源于柔性制造末端執(zhí)行器決定機(jī)器人的工作性能。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(duì)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(gè)機(jī)器人的工作性能。機(jī)器人的末端執(zhí)行器主要分為工業(yè)機(jī)械手和仿人多指靈巧手。傳統(tǒng)每根手指都具有多個(gè)關(guān)節(jié)和多個(gè)自由度，具有很高的靈活性；2）仿人多指靈巧手配置了必要的傳感器，可以精確控制靈巧手的操作；3）靈巧手的每根手指都可以看作是一個(gè)微小的連桿機(jī)器人，這種微小的外形尺寸使得靈巧手具有很高的操作精度；4）仿人多指靈巧手通常都通用性強(qiáng)，可以對(duì)目標(biāo)物體實(shí)施多種仿人操作，對(duì)類人工作環(huán)境的適用性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)在未知和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中對(duì)不同形狀的物體進(jìn)行抓取。末端執(zhí)行器靈活度逐漸趨于人類手部末端執(zhí)行器靈活度逐漸趨于人類手部典型兩指夾持器聯(lián)動(dòng)型三指夾持器多關(guān)節(jié)手指抓持手多指靈巧手資料來源：機(jī)器人多指靈巧手的研究現(xiàn)狀、趨勢(shì)與挑戰(zhàn)_蔡世波，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明81、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.1、靈巧手是機(jī)器人一種復(fù)雜的末端執(zhí)行器，其需求來源于柔性制造靈巧手的需求來源于柔性制造。為批量解決高強(qiáng)度、高重復(fù)的工作自動(dòng)化流水線應(yīng)運(yùn)而生，但單條生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種或幾種固定規(guī)格的同類即在內(nèi)部設(shè)備故障等干擾條件下迅速調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏不影響生產(chǎn)效率。人體結(jié)構(gòu)是最適應(yīng)現(xiàn)代文明的進(jìn)化形態(tài)，同理，“人造人”是最貼近人類日常生產(chǎn)生活需求的機(jī)器人形態(tài)。將自動(dòng)化生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝灾圃燔囬g，需要尋求智能的解決方案，而這種解決方案可以由靈巧手和人形機(jī)器人來締造，并且有機(jī)器學(xué)習(xí)和類腦智能技術(shù)的加持，數(shù)字化的日常生活都能成為人形機(jī)器人的學(xué)習(xí)資料，智能性將持續(xù)深化?？梢宰寵C(jī)器人像人一樣使用工具的靈巧手，是提升機(jī)器人柔性操作能力的關(guān)鍵部件，是柔性制造避不開的一環(huán)。人手一共有24個(gè)自由度。拇指5個(gè)自由度，其余4指各4個(gè)自由度，另外還有腕的外展、腕的曲度、掌的弧度3個(gè)自由度。從結(jié)構(gòu)上，遠(yuǎn)側(cè)指間關(guān)節(jié)和近側(cè)指間關(guān)節(jié)形成了轉(zhuǎn)動(dòng)副，掌指關(guān)節(jié)形成了球形副。轉(zhuǎn)動(dòng)副可以實(shí)現(xiàn)彎曲/伸展運(yùn)動(dòng)，在空間有1個(gè)自由度；球形副不僅可以實(shí)現(xiàn)彎曲人手醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)圖人手各指節(jié)、關(guān)節(jié)名稱和自由度分布人手醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)圖資料來源：全驅(qū)動(dòng)五指靈巧手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的研究_馬凝，機(jī)器人靈巧手：建模、規(guī)劃與仿真，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明91、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.2、靈巧手可按照自由度數(shù)量、傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類根據(jù)自由度與驅(qū)動(dòng)源數(shù)量，可將靈巧手分為全驅(qū)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)兩大類：全驅(qū)動(dòng)靈巧手驅(qū)動(dòng)源的數(shù)量與被控制靈巧手的自由度數(shù)量相等。每個(gè)手指關(guān)節(jié)都有驅(qū)動(dòng)器，使其能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)控制，在某種程度上能夠欠驅(qū)動(dòng)靈巧手被控制的自由度多于驅(qū)動(dòng)源的數(shù)目，缺少驅(qū)動(dòng)源的部分則進(jìn)行耦合隨動(dòng)。欠驅(qū)動(dòng)手硬件集成度高，整體系統(tǒng)簡(jiǎn)潔高效、體全驅(qū)動(dòng)靈巧手每個(gè)關(guān)節(jié)都能獨(dú)立控制全驅(qū)動(dòng)靈巧手每個(gè)關(guān)節(jié)都能獨(dú)立控制欠驅(qū)動(dòng)靈巧手與人手更類似欠驅(qū)動(dòng)靈巧手與人手更類似資料來源：機(jī)器人靈巧手研究綜述_劉偉，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明101、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.2、靈巧手可按照自由度數(shù)量、傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類靈巧手的傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)操作的穩(wěn)定性和靈活性有重要影響，傳動(dòng)方式有連桿傳動(dòng)、繩驅(qū)傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)三種。連桿傳動(dòng)廣泛用于工業(yè)、假肢領(lǐng)域，剛度大，易于強(qiáng)力抓取物體，但重量體積較大，柔性不足。繩驅(qū)傳動(dòng)主要用于科研領(lǐng)域和人形機(jī)器人領(lǐng)域，靈活度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但控制精度不足，壽命短，已有Shadow等靈巧手落地，也是特斯拉機(jī)器人配備的靈巧手類型；齒輪傳動(dòng)主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，每根手指可獨(dú)傳動(dòng)效率高、減速比大、抓取力大。所麻省理工學(xué)院和siri團(tuán)隊(duì)資料來源：頭豹研究院，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明111、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器代表性靈巧手的主要參數(shù)靈巧手逐漸按照是否存在線繩、鋼絲、皮帶等柔性傳動(dòng)部件分為腱驅(qū)動(dòng)和直腱驅(qū)動(dòng)：可以節(jié)省手指體積，手指的擬人程度更高，腱繩能夠提供較大的關(guān)節(jié)力矩，但由于腱繩傳力的柔性限制，傳力有一定的延遲，影響位置控代表性靈巧手的主要參數(shù)靈巧手逐漸按照是否存在線繩、鋼絲、皮帶等柔性傳動(dòng)部件分為腱驅(qū)動(dòng)和直腱驅(qū)動(dòng)：可以節(jié)省手指體積，手指的擬人程度更高，腱繩能夠提供較大的關(guān)節(jié)力矩，但由于腱繩傳力的柔性限制，傳力有一定的延遲，影響位置控制的精度，而且預(yù)緊程度會(huì)直接影響控制效果，對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較直接驅(qū)動(dòng)：將電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)置在手指內(nèi)，手指體積較大，且不能提供較大的關(guān)節(jié)力矩，但其控制精度較高且模塊化手指之間可以相互替代，可維修程度很高。相較而言，腱驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方式便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，采用鍵驅(qū)動(dòng)的形式將部腱驅(qū)動(dòng)和電機(jī)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)的的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比小大大小有無模塊可替代性差強(qiáng)343934344395455454554555資料來源：腱驅(qū)動(dòng)靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析與試驗(yàn)_孫成遠(yuǎn)，空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_韓運(yùn)崢，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明121、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.3、驅(qū)動(dòng)器外置腱驅(qū)動(dòng)靈巧手兼具靈活性、小體積與可靠性驅(qū)動(dòng)器外置靈巧手整機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器外置靈巧手整機(jī)機(jī)構(gòu)電機(jī)和滾珠/滾柱絲杠外置于手臂中，電機(jī)通過減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為絲杠螺母的平移運(yùn)動(dòng)，絲杠螺母拉動(dòng)腱繩，腱繩另一端連接到的位置和形狀，為了消除手腕運(yùn)動(dòng)對(duì)腱繩的影響，在腱繩外面套上硬質(zhì)彈簧，類似自行車剎車線的原理。當(dāng)手腕運(yùn)動(dòng)時(shí)，硬質(zhì)彈簧能保證腱繩中的張力不受影響。但彈簧的引入又增大了腱繩受到的摩擦力，為了減小腱繩與彈簧之間的腱驅(qū)動(dòng)原理腱驅(qū)動(dòng)原理資料來源：空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_韓運(yùn)崢，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明131、靈巧手是機(jī)器人最重要的末端執(zhí)行器1.3、驅(qū)動(dòng)器外置腱驅(qū)動(dòng)靈巧手兼具靈活性、小體積與可靠性遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)能有效減小手指的體積和重量，由于腱繩只能傳遞拉力，腱繩的數(shù)目大于手指自由度時(shí)才能對(duì)手指的每一個(gè)自由關(guān)節(jié)進(jìn)行完全確定的控制。經(jīng)過證明，當(dāng)腱繩數(shù)目比自由關(guān)節(jié)數(shù)目多1時(shí)，就可以使用腱繩來獨(dú)立控制所有的自由關(guān)節(jié)。以3自由度的食指為例，4根腱繩即可完統(tǒng)與控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高可靠性。在“N型”的傳動(dòng)方案中，兩根腱繩構(gòu)成了一條閉環(huán)回路。為了調(diào)整回路中腱繩長(zhǎng)度誤差，并使腱繩工作在張緊狀態(tài)，腱驅(qū)動(dòng)手指中需要引入預(yù)緊傳動(dòng)方案原理簡(jiǎn)圖驅(qū)動(dòng)器數(shù)目腱繩數(shù)目N驅(qū)動(dòng)器數(shù)目多資料來源：腱驅(qū)動(dòng)靈巧手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)分析與試驗(yàn)_孫成遠(yuǎn)，空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_韓運(yùn)崢，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明14特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.1、特斯拉Optimus一代靈巧手專利解析手和手指布局：靈巧手設(shè)計(jì)模仿人手，包括手掌區(qū)域和五個(gè)手指，每個(gè)手指具有近側(cè)構(gòu)件和遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件，能夠圍繞相應(yīng)關(guān)節(jié)樞軸旋轉(zhuǎn)。腱繩布線：使用腱繩而非傳統(tǒng)齒輪或連桿系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)，腱繩的布線設(shè)計(jì)允許更自由的手指運(yùn)動(dòng)和更高效的力傳遞。資料來源：人形機(jī)器人研究院，TESLA，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明162、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.1、特斯拉Optimus一代靈巧手專利解析大拇指：具有兩個(gè)空心杯電機(jī)模組執(zhí)行器302a和302f，分別控制彎曲/伸展和外展/內(nèi)收運(yùn)動(dòng)。其他4指：由于特斯拉一代靈巧手采用的是2指關(guān)節(jié)，與我們常規(guī)的人手相比少了一組關(guān)節(jié)，因此每個(gè)手指有一個(gè)空心杯電機(jī)模組執(zhí)行器搭配對(duì)應(yīng)的扭簧，具有1個(gè)主動(dòng)自由度和1個(gè)由腱繩牽引的被動(dòng)自由度指關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的抓握。運(yùn)行方式：當(dāng)電纜416被驅(qū)動(dòng)器302拉動(dòng)時(shí)，末端420可以與遠(yuǎn)端部件408或其結(jié)構(gòu)嚙合，以使近端部件402或遠(yuǎn)端部件408中的至少一個(gè)移動(dòng)。例如，當(dāng)電纜416被驅(qū)動(dòng)器302拉動(dòng)時(shí)，末端420可以與遠(yuǎn)端部件408或其結(jié)構(gòu)嚙合，從而導(dǎo)致近端部件402圍繞第一樞軸406旋轉(zhuǎn)和/或遠(yuǎn)端部件408圍繞第二樞軸414旋轉(zhuǎn)。資料來源：人形機(jī)器人研究院，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明172、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.1、特斯拉Optimus一代靈巧手專利解析驅(qū)動(dòng)裝置：本專利靈巧手采用空心杯電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，這種電機(jī)以其體積小、重量輕、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，非常適合用于需要精密控制的場(chǎng)合。傳動(dòng)裝置：傳動(dòng)裝置采用繩驅(qū)結(jié)合蝸輪蝸桿的方式，既保證了傳動(dòng)的平順性，也確保了足夠的力量傳遞及自鎖性能。資料來源：人形機(jī)器人研究院，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明182、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.2、特斯拉下一代靈巧手迎來重大更新我們推測(cè)，特斯拉下一代靈巧手方案是N自由度、N腱繩、N執(zhí)行器方案。根據(jù)10月10日特斯拉在發(fā)布會(huì)上的演示視頻，特斯拉新一代靈巧手采用腱繩驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，肌腱的一端固定在指尖(骨骼)中，另一端連接人手自由度拆分人手自由度拆分資料來源：TESLA，DirtyTesla，小米技術(shù)公眾號(hào)，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明192、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升蝸桿替換為絲杠2.2、特斯拉下一代靈巧手迎來重大更新蝸桿替換為絲杠驅(qū)動(dòng)器外置帶來自由度提升：驅(qū)動(dòng)器后置集成在手臂上可以放入更多采用絲杠替代蝸桿：二者均能改變運(yùn)動(dòng)方向，采用絲杠能有效提升靈巧手的精度和載荷能力，提高傳動(dòng)效率；采用腱繩替代扭力彈簧：上一代機(jī)器人手指伸展主要依靠扭力彈簧復(fù)手掌內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器變?yōu)槭直弁庵抿?qū)動(dòng)器手掌內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器變?yōu)槭直弁庵抿?qū)動(dòng)器扭力彈簧替換為腱繩扭力彈簧替換為腱繩資料來源：TESLA，電動(dòng)星球，人形機(jī)器人研究院，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明202、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價(jià)值量上升2.3、特斯拉下一代靈巧手已裝機(jī)11月28日，特斯拉Optimus發(fā)布視頻，22個(gè)自由度整體硬件動(dòng)作協(xié)調(diào)流暢十分類人。接網(wǎng)球手部孤立動(dòng)作，抓握同時(shí)，Optimus整個(gè)上肢乃至頭部隨之?dāng)[動(dòng)保持平衡，整體動(dòng)作絲滑流暢。我們認(rèn)為，機(jī)器人替人主要分兩步走，首先要求是硬件性能能支撐機(jī)器人做出類似人類的動(dòng)作，其次是機(jī)器人依靠自己的“大腦”去獨(dú)立做出行為舉止?，F(xiàn)在看來，特斯拉第一步已經(jīng)初步滿足，第二步我手部體積于前代大致相同。驅(qū)動(dòng)器后置帶來的結(jié)果是，整體手部體積于二代相近。所有驅(qū)動(dòng)器連同前臂線性執(zhí)行器一起封裝在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊此前Optimus手部動(dòng)作受自由度限制此前Optimus手部動(dòng)作受自由度限制資料來源：TESLA，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明213.1、空心杯電機(jī)具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運(yùn)行特性微型電機(jī)是由定子、轉(zhuǎn)子(由鐵芯轉(zhuǎn)子和繞組構(gòu)成)、電樞繞組、電刷、換向器等部件組成?？招谋姍C(jī)的轉(zhuǎn)子是直接采用導(dǎo)線繞制而成，線圈通過連接板與換向器、主軸連接在一起；從結(jié)構(gòu)上看，其是由外框架、沿外圍分布的驅(qū)動(dòng)線圈、中間的空心轉(zhuǎn)子以及附加的傳感器組成?？招谋姍C(jī)屬于直流永磁的伺服控制電機(jī)，也可以將其歸類為微特電機(jī)?？招谋姍C(jī)在結(jié)構(gòu)上突破傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用了無鐵芯轉(zhuǎn)子，這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了因鐵芯形成渦流而造成的電能損耗；同時(shí)，空心杯電機(jī)重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大幅降低，從而減少轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)變化而使電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性得到極大改善，不但具有突出的節(jié)能特點(diǎn)，更為重要的是具備了鐵芯電機(jī)所無法空心杯電機(jī)優(yōu)勢(shì)空心杯電機(jī)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)子通常為實(shí)心或有槽的圓柱形，內(nèi)部裝有導(dǎo)線轉(zhuǎn)速高(受限于換向系統(tǒng),最高轉(zhuǎn)速≥10000rpm)；鐵損較大(存在渦流損耗,最高效率約為5應(yīng)用于對(duì)性能要求較低的領(lǐng)域，如家用電器、資料來源：天孚電機(jī)官網(wǎng)，上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司官網(wǎng)，鳴志電器官網(wǎng)，《空心杯電機(jī)定制化管理的應(yīng)用研究》，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明233.1、根據(jù)換向方式可劃分為有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)空心杯電機(jī)可分為有刷和無刷電機(jī)：有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子無鐵芯，無刷電機(jī)(又稱無刷無齒槽電機(jī))的定子無鐵芯。主要的區(qū)別有：(1)有刷杯電機(jī)利用碳刷(或者金屬電刷)和換向器的配合來完成換向，而無刷空心杯電機(jī)的線圈導(dǎo)線直接連接到控制器，通過處理連接板上的位置信號(hào)完成換向；(2)有刷空心杯電機(jī)的線圈、換向器和連接板在外殼和永磁體中間旋轉(zhuǎn)，共同組成轉(zhuǎn)子；而無刷空心杯電機(jī)的線圈是固鳴志電器的無刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖鳴志電器的有刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖鳴志電器的無刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖鳴志電器的有刷空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)圖略資料來源：鳴志電器官網(wǎng)，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明243.1、空心杯電機(jī)杯型繞組成型工藝是空心杯電機(jī)制造中的關(guān)鍵，直接影響電機(jī)的性能同心式杯型繞組(菱形繞組)同心式杯型繞組(菱形繞組)?工裝模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝過程較為簡(jiǎn)便?適合體積小、線徑細(xì)、槽滿率低的杯型?掛線工裝及整形模具復(fù)雜資料來源：《空心杯電機(jī)非對(duì)稱同心式繞組成型工藝技術(shù)研究》，《空心繞線杯無刷電機(jī)繞組設(shè)計(jì)技術(shù)》，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明253.1、空心杯電機(jī)市場(chǎng)的主要廠商全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)集中度較高，較為知名的企業(yè)包括Faulhaber、Portescap、AlliedMotionTechnologies、MaxonMotor及Nidec提供直徑10mm、16mm、22mm、28mm、30mm、36mm、42mm空心杯電機(jī)(無資料來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，電子發(fā)燒友，各公司官網(wǎng)，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明263.1、無刷有齒槽電機(jī)和空心杯電機(jī)對(duì)比驅(qū)動(dòng)器后置減小電機(jī)體積壓力，無刷有齒槽電機(jī)適用于和空心杯電機(jī)不同的場(chǎng)景。無刷有齒槽電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)通常由多個(gè)鐵芯齒槽組成，每個(gè)齒槽中嵌有繞組線圈。這些鐵芯齒槽用于引導(dǎo)和增強(qiáng)電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)，以提高效率和提供較高的轉(zhuǎn)矩密度。繞組排列在齒槽中，并與永磁轉(zhuǎn)子相配合形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為緊湊，適合需要高功率密度和穩(wěn)健性能的應(yīng)用。齒槽的存在有助于集中磁場(chǎng)，提高轉(zhuǎn)矩密度，但無刷有齒槽電機(jī)主要性能特點(diǎn)高超高速、小型化應(yīng)用資料來源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究網(wǎng)，深圳踢踢電子，控制工程網(wǎng)，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明273.2、行星減速器介紹行星減速器的結(jié)構(gòu)主要包括中心太陽輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈。工作時(shí)中心太陽輪驅(qū)動(dòng)內(nèi)部受力旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)行星齒輪在內(nèi)齒圈軌道內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，依賴齒輪之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的減小，行星架作為輸出軸，將減速后的運(yùn)動(dòng)傳遞給負(fù)載。實(shí)現(xiàn)輸入進(jìn)來的高轉(zhuǎn)速通過齒輪件傳動(dòng)后將速度行星減速器可以實(shí)現(xiàn)更高的減速比和扭矩輸出。通過多個(gè)行星齒輪級(jí)的串聯(lián)，每一級(jí)都能降低轉(zhuǎn)速并增加扭矩。減速比的大小由幾級(jí)減速比精密行星減速器結(jié)構(gòu)示意圖精密行星減速器結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：科峰智能招股說明書，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明283.2、行星減速器和其他減速器對(duì)比目前市面上用于人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的減速器主要有以下三種：RV減速器、諧波減速器和行星減速器。RV減速器高剛性、高負(fù)載，但體積和體積大，重量大資料來源：《工業(yè)機(jī)器人用精密減速器研究現(xiàn)狀》林江海,黃鵬程,王燕霜等，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明293.2、頭部廠商介紹公司名稱45-235全系列斜齒行星減速公司名稱“精密行星減速器+伺服電機(jī)+產(chǎn)與銷售的高新技術(shù)企業(yè)，主生產(chǎn)與銷售的高新技術(shù)企業(yè)，擁有50項(xiàng)專利技術(shù)，其中發(fā)資料來源：科峰智能招股說明書，紐氏達(dá)特官網(wǎng)，中大力徳2023年度報(bào)告，兆威機(jī)電招股書，秦川機(jī)床2023年年度報(bào)告，豐立智能2023年度報(bào)告，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明303.2、各家行星減速器產(chǎn)品性能比較頭部廠商行星減速器產(chǎn)品對(duì)比公司名稱公司名稱科峰智能威騰斯坦中大力徳紐卡特系列名稱產(chǎn)品圖片徑向尺寸范圍（單位：mm）1級(jí)傳動(dòng)比2級(jí)傳動(dòng)比最小尺寸的減速器重量（單級(jí)）（單位：kg）最小尺寸的運(yùn)行噪音（單位：dB）最小尺寸的額定輸出扭矩（單）（最小尺寸的最大輸出扭矩（單）（特點(diǎn)HLAE70-90-1103～109～1002.15815～3324～53符合較高的安全和衛(wèi)生要求VRS60-75-100-140-180-210-2403～1015～100/18～2735～50高精度，高適配、在壽命期內(nèi)無需更換潤(rùn)滑劑、安裝便捷HDV62-80-1084～1016～1003.2<6029~3246~51耐腐蝕，衛(wèi)生設(shè)計(jì)SPLS70-90-120-160-2053～1010～64<5832～4454～88斜齒輪，齒與齒之間更緊湊ZPN22-32-42-52-62-72-82-105-3.7～6.7514～46/<602~8終生潤(rùn)滑，任意安裝資料來源：Neugart產(chǎn)品手冊(cè)，Shimpo產(chǎn)品手冊(cè)，Wittenstein產(chǎn)品手冊(cè)，科峰智能產(chǎn)品手冊(cè)，中大力徳產(chǎn)品手冊(cè)，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明313.2、行星減速器競(jìng)爭(zhēng)歌劇院..資料來源：科峰智能招股說明書，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明323.3、絲杠可以有效提升靈巧手的載荷和抗沖擊性蝸輪蝸桿和絲杠均能夠改變運(yùn)動(dòng)方向，但適用于不同場(chǎng)景。蝸輪蝸桿適合需要高減速比和自鎖性的場(chǎng)景，特別是在靈巧手中用于關(guān)節(jié)固定或穩(wěn)定負(fù)載的位置控制。滾珠絲杠本質(zhì)是線性傳動(dòng)裝置，通常不具備高減速比功能，其機(jī)械減速能力取決于螺距（導(dǎo)程）。滾珠絲杠更適合需蝸輪蝸桿與滾珠絲杠性能對(duì)比高磨損快，需定期潤(rùn)滑誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明333.3、滾柱絲杠和滾珠絲杠比較優(yōu)勢(shì)在于精度、載荷、壽命等多方面滾珠絲杠螺母組件包含多個(gè)滾珠軸承，能夠處理中等負(fù)載的滾珠軸承有最小尺寸要求。與相似尺寸和導(dǎo)程的滾柱絲杠相比，滾珠軸承的半徑導(dǎo)致較低的力和較短的使用壽命。相比于傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)，行星滾柱絲杠傳動(dòng)呈現(xiàn)多副(螺紋副和齒輪副)、多體(多個(gè)零件參與嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力)、多點(diǎn)(螺紋副多點(diǎn)接觸)的嚙合特征，故在相同絲杠直徑下，行星滾柱絲杠比滾珠絲杠的承載能力提高6倍，相同負(fù)載下節(jié)省1/3在實(shí)際應(yīng)用中，滾柱相對(duì)于螺母無軸向運(yùn)動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min，螺母直線速度可達(dá)2m/s。采用行星滾柱絲杠作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的EMA不僅更便于控制傳動(dòng)精度和提升動(dòng)態(tài)頻響，而且由于更多接觸點(diǎn)行星滾柱絲杠與滾柱絲杠性能對(duì)比很長(zhǎng)，幾倍于沖擊載荷高誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明34誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明343.4、主流靈巧手腱繩材料性能主流靈巧手腱繩材料主要分為高分子材料和不銹鋼兩大類。其中，高分子材料為超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，主要包括Dyneema和Spectra兩類，具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐磨損、耐化學(xué)侵蝕、耐磨和抗紫外線等特性，延長(zhǎng)了繩索的使用壽命。相比之下，鋼絲繩在傳動(dòng)效率方面有一定優(yōu)勢(shì)，但其末端固定困難、不能承受小的回轉(zhuǎn)半徑、強(qiáng)度較低、壽命短等缺點(diǎn)限制了其在靈巧手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。此外，鋼絲繩的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維超高分子量聚乙烯（UHMWPE）繩索靈巧手的腱繩材料性能比較熔點(diǎn)相對(duì)較低（約138℃),并且在極低溫度-資料資源：貝澤精密產(chǎn)品官網(wǎng)，AccessRopes產(chǎn)品官網(wǎng)，腱傳動(dòng)靈巧手指的傳動(dòng)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_李柏毅，華鑫證券研究誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效誠(chéng)信、專業(yè)、穩(wěn)健、高效請(qǐng)閱讀最后一頁重要免責(zé)聲明3.4、主流靈巧手腱繩材料性能荷蘭DSM公司是全球領(lǐng)先的高性能材料供應(yīng)商之一，其核心產(chǎn)品Dyneema廣泛用于腱繩傳動(dòng)系統(tǒng)中。美國(guó)Honeywell公司生產(chǎn)的Spectra纖維，也廣泛應(yīng)用于腱繩傳動(dòng)系統(tǒng)中。日本東洋紡公司與DSM合資，不僅供應(yīng)Dyneema纖維，還自主研發(fā)了Tsun是全球主要生產(chǎn)商之一，產(chǎn)品出口多國(guó)。此外，江蘇貝澤精密金屬科技有限公司生產(chǎn)機(jī)器人特細(xì)金屬腱繩，鋼絲繩沒有內(nèi)摩擦，強(qiáng)度高，是靈巧手腱繩材料較優(yōu)選擇。