灵巧手概念、种类、方案与市场空间如何？

人形机器人与外界交互的媒介。

1.末端执行器的一种，灵巧手向仿人手迭代

灵巧手是一种末端执行器，相较于传统的工业机器人，其将手腕连接处的工具替换为手爪。 人形机器人应用场景更为复杂，对灵巧手精细化提出要求，使得其从双指/多指向五指仿人手进 行迭代。应用于工业机器人的双指/多指手爪功能较为单一，一般只支持夹取、上下料等简单工 作；而人形机器人的灵巧手需要实现更为精细化的功能，比如捏取易碎物品、可适应不同物品 的特性和形状等，故而要求其为仿人手打造。

2.灵巧手类别多样，适用于不同应用场景

灵巧手种类多样，在精度、灵活性、成本等多方面各有优劣：1）按照自由度数量可分为全驱 动和欠驱动；2）按照驱动结构可分为驱动器外置、内置或混合制；按照具体驱动方式可进一 步细分为电机驱动、液压驱动、气压驱动、形状记忆合金驱动；3）按照机械传动形式可分为 腱传动、连杆传动、齿轮/涡轮蜗杆传动、丝杠传动；4）按照感知技术可分为内部感知和外部 感知。

3. 灵巧手方案百花齐放，路线仍未收敛

驱动方案：全驱动精度更高，欠驱动泛用性更强

按自由度，灵巧手分为全驱动和欠驱动。其中，全驱动指灵巧手的每一个自由度都配备一个 独立的执行器；欠驱动指灵巧手的自由度数量大于所配备的执行器数量。

全驱动灵巧手可通过独立的执行器分别来操纵灵巧手的各个关节臂部位，精度更高，具备更 强的适应性，但成本更高、结构更为复杂；欠驱动灵巧手通过有限的驱动单元来拉动其余不 具备执行器的部位，精度较低，但结构简单且成本较低，可以满足大部分特定场景。

由于全驱动灵巧手壁垒较高，当前，以欠驱动灵巧手为主流方案的厂商更多。部分厂商将全 驱动与欠驱动相结合，在功能性要求较高的手指（食指等）上采用全驱动方案，在功能性要 求较低的手指（小拇指等）上采用欠驱动方案，以满足精度和成本要求。

驱动方案：外置+混合置短期落地更快

按驱动器所在位置可以把灵巧手分为外置和内置两种，混合置应运而生。其中，1）外置指 将驱动器放在手部外部或手臂上，使手指更为纤细并且可以采用更大功率的驱动器以满足手 指抓取的需求，但同时具有精度较低、无法反映手指关节位置和驱动力的缺点；2）内置指 将驱动器集成在手指内部，具有更高的精度，但集成式驱动器会导致灵巧手的体积变大，会 影响其灵活度；3）混合置指将主要的驱动器内置，便于精确控制，将辅助的驱动器外置便 于提高抓取力。虽然混合置结合了内置和外置的一部分优点，但其由于部分驱动器外置，仍 需要采用腱传动，结构复杂、重量较大。

当前内置虽为当前市场的主流方案，但从短期来看，采用外置和混合置方案的灵巧手负载能 力更强，ToB简单场景落地更快。随着后续技术的不断优化，精细化场景需求提升，驱动器 内置式灵巧手需求量也将上升。

驱动方案：电机驱动为主流方案

按照驱动方式，灵巧手可分为电驱动、气压驱动、液压驱动、形状记忆合金驱动（SMA）。 相较于其余驱动方式，当前电机驱动为主流，其具备控制精度高、响应速度快、模块化设计 等优点，适用于较为精密的工作场景，与人形机器人更契合。液压驱动虽然工艺成熟，具有 负载大的优点，但控制精度较低、响应速度慢，与工业机械更契合。

驱动方案：空心杯或向无刷有齿槽切换

电驱动灵巧手所采用的电机可分为空心杯电机、无刷直流电机、无框力矩电机三大类。 空心杯电机因其体积小、转速高等优势为当前灵巧手电机主流方案，典型产品为特斯拉一代 灵巧手；无框力矩电机可以提高部件的负载能力，在人形机器人手臂中用量较多，与灵巧手 的精细化场景匹配度较低且成本较高，当前应用较少。 无刷有齿槽电机是无刷直流电机的一种，是高集成化和成本的折中选择。特斯拉二代灵巧手 将电机从手部移到小臂，空间的释放使得无刷有齿槽电机的应用空间显现。虽然其相较空心 杯电机而言，在响应速度和精度上略有不足，但成本较低、使用寿命较长，顺应灵巧手降本 趋势。

传动方案：腱传动灵活但精度低

腱传动的工作原理是采用腱绳（如钢丝绳或高分子材料绳）作为传动介质，利用滑轮或卷绕 机构实现动力传输。这种方式能够大幅减少系统重量，提高灵活性，同时降低摩擦损耗，使 得灵巧手的动作更加平滑自然。

腱传动因布置形式多变而具有不同结构，目前常见的结构有腱-腱鞘式、等径滑轮式、带轮传 动式三种。腱传动具有结构紧凑、重量轻、灵活性高的优点，但精度相对较低且腱绳易磨损， 寿命有限。

传动方案：微型丝杠+腱绳传动为1+1>2

微型丝杠+腱传动复合方案实现互补。在传动方案中，丝杠的传动效率和精度综合能力更强， 与人形机器人前期的精密装配应用场景契合，灵活性较差但可通过腱绳来弥补；而腱传动的灵 活性更强，符合灵巧手自由度逐步提高的趋势，精度较低但可通过微型丝杠来弥补。因此，微 型丝杠+腱传动复合方案应运而生。

技术路线逐渐收敛，关注微型丝杠+腱绳企业。特斯拉Optimus Gen3 灵巧手采用行星齿轮箱 +微型丝杠+腱绳传动方案，技术路线进一步迭代。国内微型丝杠+腱绳玩家有望受益。其中， 五洲新春拟投资10.5亿元建设行星滚柱丝杠、微型滚珠丝杠等产能；震裕科技微型丝杠产品实 现送样；大业股份联合高校和客户开发腱绳新产品。

感知方案：从用途看，分为力觉、触觉感受器

传感器是人形机器人模仿人类感知的产品，是人形机器人与外界实现交互的重要零部件，其 在灵巧手上的应用可分为力觉传感器——力/力矩传感器和触觉传感器——柔性传感器、 MEMS压力传感器。其中，1）力/力矩传感器主要用于精准抓取和搬运物体；2）柔性传感 器又称为“电子皮肤”可以用来感受物体形状；3)MEMS压力传感器可用于指尖部位，与柔 性传感器的应用场景具有一定的重合度。

力/力矩传感器：应变式六维力矩传感器为主流

应变式六维力矩传感器由于具有良好的线性度、较高的精度，拥有多维解析能力，为当前灵巧 手主流力觉传感器方案。 力/力矩传感器按照维度可分为一维、三维、六维。一维力传感器专为单向力检测设计，要求 受力方向与坐标轴轴线方向完全一致且作用点恒定；三维力传感器可应用于力的方向随机变化 的场景，但要求力的作用点固定且与标定参考点重合 。 六维力传感器突破上述两种传感器的限制，适用于力的作用点和方向随机变化的场景，可实现 全维度的感知，因而具有最强的解析能力，主要应用于灵巧手的手腕。以特斯拉Optimus为 例，其手腕关节需要配置2个六维力传感器。

MEMS压力传感器：柔性有待提高，多用于指尖

MEMS压力传感器基于微机电技术制造，利用集成化的机械系统测量和感知各种物理量一般 由一个薄膜和一个固定电极组成。当压力作用于薄膜时，电路组件之间的电容会改变，并通过 传感器转别为电信号，广泛应用于汽车、航空航天等领域。 近年来随着人形机器人对触觉传感器提出新要求，MEMS压力传感器开始向机器人领域拓展。 相较于柔性传感器，MEMS压力传感器一般采用硅基材料和金属等硬质材料制造，生产成本 较高，且缺乏柔性，无法单独大规模应用在整个灵巧手上。常见的MEMS压力传感器技术路线有电容式、压阻式等，后者应用更为广泛，技术更为成熟， 多用于灵巧手指尖部位，或为短期落地最快的MEMS压力触觉传感器之一。

3.从特斯拉灵巧手迭代展望未来趋势

4.灵巧手市场空间广阔

灵巧手价值量较高，以前瞻产业研究院数据为基准，预计灵巧手价值量占整机的10-20%左 右，是成本占比最高的零部件之一。中商产业研究院数显示，2024年灵巧手市场容量为 76.01万只，随着灵巧手功能持续完善，叠加下游人形机器人的放量，预计2025年灵巧手市 场容量将达86.18万只，对应市场规模为19.21亿美元；2030年预计分别为141.21万只、 30.36亿美元，5年复合增长率分别为10.38%、9.59%。