【投资要点】
灵巧手作为人形机器人末端执行器,在机器人与环境的交互中起到关键作用,拟人化仿生设计大势所趋。
灵巧手结构设计三要素:驱动、传动、感知。典型灵巧手由驱动系统、传动系统、感知系统和控制系统构成,其中结构设计涉及驱动、传动和感知系统。
驱动系统:电机驱动是灵巧手主流驱动方案,由电机和减速器构成。
1)电机:空心杯电机与人形机器人手指关节匹配度较高,无刷有齿槽电机或成降本可行方案。空心杯电机具备效率高、精度高、结构紧凑、稳定性高等优点,与灵巧手手指关节匹配度较高。无刷有齿槽电机具备更高输出转矩,成本更低,参考maxon 线上商城,空心杯电机售价在2000-3000 元,而无刷有齿槽电机售价在百元级别,若配合结构设计优化(如驱动系统外置),无刷有齿槽电机有望部分替代空心杯电机实现降本。2)减速器:降转速提扭矩,行星&谐波减速器均有应用。
传动系统:腱绳传动是目前主流方案, 微型丝杠新型传动方案优点突出,腱绳+丝杠复合传动优势互补。1)腱绳:腱绳传动具备排布灵活、柔性传动等优点,但负载能力较弱,是应用最多的传动形式,主流腱绳材料包括钢丝绳和超高分子量聚乙烯纤维。2)丝杠:新型微型丝杠传动方案具备高承载、高效率、高精度和高可靠性优点,丝杠+腱绳复合传动可实现优势互补。
感知系统:1)力/力矩传感器:主要应用于灵巧手手指及手腕处,助力灵巧手实现精准力控;2)触觉传感器:赋予灵巧手触觉感知能力,未来向具备阵列化、柔性化和集成化特点的电子皮肤方向演进。
Optimus 灵巧手迭代复盘与展望:自由度提升+驱动系统外置+丝杠腱绳复合传动。Optimus 一代灵巧手采用空心杯电机+齿轮箱(齿轮+蜗杆)+金属腱绳方案,二代灵巧手外观采用全新工业设计,并在指腹处引入触觉传感器单元,整体变化较少。三代灵巧手方案相比前两代有大幅改变,核心变化包括驱动系统外置与手臂中,自由度由11 个提升至22 个,并且采用丝杠替代蜗杆与腱绳组成复合传动系统。
【配置建议】
特斯拉作为人形机器人领军企业,灵巧手方案定型具备行业示范作用,基于Optimus Gen3 灵巧手方案的核心变化,优先推荐电机、腱绳和丝杠环节。
电机环节,预计Optimus Gen3 灵巧手单手电机个数将由6 个提升至13/17 个,由于驱动系统外置于手臂中,空间容忍度提升,无刷有齿槽电机或部分替代空心杯电机,技术难度降低利于国产化渗透,同时电机环节需要掌握机械和电控双重技术,相比其他环节更易向灵巧手集成解决方案拓展,推荐鸣志电器、兆威机电、伟创电气,建议关注江苏雷利(鼎智科技)、禾川科技等;
腱绳环节,驱动系统外置于手臂中导致驱动源距离手指关节距离变长,单根腱绳长度变长,同时腱绳用量跟随电机数量提升也将同比增加,关注大业股份、同益中、恒辉安防等。
丝杠环节,Optimus Gen3 灵巧手引入微型丝杠取代蜗轮蜗杆作为中段传动,提高传动效率,并提升灵巧手操控精度和负载能力,预计丝杠需求量将与电机数量匹配,推荐震裕科技、北特科技,建议关注五洲新春、恒立液压等;
其他环节中传感器推荐柯力传感、东华测试,建议关注安培龙等;电子皮肤推荐福莱新材,建议关注日盈电子、汉威科技等;减速器推荐丰立智能,建议关注绿的谐波、中大力德等。
【风险提示】
人形机器人商业化进度不及预期;
市场竞争加剧风险;
灵巧手及相关配件国产化不及预期。