2025年人形机器人行业深度报告：灵巧手技术路线逐步收敛，关注边际增量环节

人形机器人末端执行器，产业链边际变化空间大

What：由驱动、传动和感知三系统构成的末端执行器。人形机器人末端执行器，高通用性需求带来复杂性要求。灵巧手是一种基于人手运动学设计的特殊末端执行器，相较于仅能完成焊接、喷漆等特定任务的工业机器人传统末端执行器，人形机器人的多场景&复杂任务通用性需求要求其具备更复杂的结构和自由。一般来说灵巧手至少具有3个手指，每指至少具有3个轴线不完全平行的自由度，通常还集成力觉、接近觉等多种传感器。 驱动、传动和感知三大系统构成灵巧手。驱动系统负责提供动力和扭矩，目前主流方案为电机驱动，但在驱动结构、放置方式和方案选型等方面均存在不同技术路线；传动系统负责将驱动系统的力传递到手指，驱动系统有齿轮、连杆和腱绳等多种技术方案，存在替代/组合关系；感知系统负责实时监测灵巧手的位置、力和触觉等状态，并与环境交换，实现闭环控制。

技术路线仍在收敛过程中，持续迭代边际变化较大。当前灵巧手技术路线尚未完全收敛，仍处于迭代阶段，以特斯拉OptimusBotGen1到Gen3的灵巧手为例，自由度从11个提升至22个，驱动电机选择、传动系统技术路线、传感器类型和数量和结构设计等方面均有巨大变化，性能表现也由仅能完成低精度的基础抓取和放置迭代为可实现自主接球等复杂、灵活操作。当前灵巧手在性能、成本等方面离最终大规模量产并在家用等复杂场景完美执行任务还有较大差距，在设计迭代过程中边际变化空间较大。

灵巧手是人形机器人功能实现的关键。手是人类功能实现的关键，上肢功能占人体功能的60%，手功能占上肢功能的90%。作为人体仿生学设计的人形机器人，灵巧手同样是其功能实现的关键。通过灵巧手，人形机器人得以实现抓握、搬运以及工具使用和多维度信息收集等复杂功能，以应对科研教育、工业应用、商业服务和家庭服务等多元化应用场景的任务需求。

价值量占比达30%以上，2030年人形机器人灵巧手市场规模有望达450亿元。参考特斯拉Optimus Bot出货指引，预计2025/2030年全年人形机器人出货量有望1/150万台，对应灵巧手出货量2/300万只，随着出货量增加，规模效应释放有望拉低灵巧手成本，由当前的5万元/只左右降至1.5万元/只。据此计算，我们预计2030年人形机器人灵巧手市场规模有望达450亿元，2025到2030年CAGR=114.11%。

主流方案总结：轻量化、高自由度、多模态感知和复合传动

中外方案对比：轻量化&自由度等方面存在明显差距。国内外灵巧手方案存在一定共性：五指方案占据绝对主流，仅有帕西尼感知科技使用4指方案；绝大多数灵巧手采用欠驱动方案，以减少手部零部件用量，降低自重&优化空间布局；腱绳传动方案的占比提升；触觉传感器的搭载逐步成为标配，融合视觉等的多模态方案成为灵巧手公司的主流选择。 对比国内外方案，我们也发现一些技术取向上的差异：国内灵巧手更注重本体轻量化设计，主流方案普遍将单手重量控制在1kg以内；海外灵巧手方案自由度普遍更高，其中Shadow Robot灵巧手自由度达到24个，包含20个主动自由度和4个被动自由度，特斯拉Optimus Gen3灵巧手自由度达22个。国内多数灵巧手自由度在6-20之间。

更灵活：高自由度+轻量化。灵活性的提升是灵巧手未来长时间完成复杂任务的必然需求，也是主流方案的迭代的方向，主要体现在两方面，一是自由度提升，灵巧手单手自由度由6个逐步提升至12-20个，部分方案达到20个以上，宇树自研灵巧手自由度由Dex3的6个提升至Dex5的20个；傅利叶GR-2灵巧手自由度由一代的6个翻倍至12个；二是电机等自重较大的部件配置位置向手掌或小臂移动，降低双手重量并优化空间配置，留出更多空间以搭载传感器等部件。更智能：多模态感知能力进化。当前绝大多数灵巧手都搭载触觉传感器或提供配置选项，灵心巧手的L20、帕西尼感知的DexH13GEN2和智元机器人Skill Hand等可实现多模态感知，拥有更强的环境理解能力，能够更好地处理柔软、不规则物体的识别与操作。 更柔性：复合传动方案上手。以Optimus灵巧手方案为例，蜗轮蜗杆的单一传动转向丝杠+腱绳的复合传动方案，一是可实现更高的自由度，二是自重更小的腱绳有助于提升灵活性，灵心巧手在研的L30由前两代的连杆传动转向腱绳传动，自由度提升至25个。

性能&成本双边约束下关注产业链增量机会

主动自由度提升带动驱动电机用量增加。Optimus Bot以及国内主流灵巧手设计方案均为提升灵活性而增加自由度，主动自由度的提升需要增加对应的驱动电机以提供动力。在自由度提升的趋势下，灵巧手驱动电机用量增加。

性能角度出发，高精度+高功率密度+快速响应成为优选指标。考虑到实际应用场景需求，灵巧手驱动电机需要做到高功率密度、快速响应以及高控制精度，其他需要考虑的指标还包括自重水平、耐用性和噪音水平等；目前灵巧手方案多应用空心杯电机、直流无刷电机两类，其中空心杯电机无转子设计大幅提升了功率密度，但缺点是力矩输出不足以及成本较高；直流无刷电机（BLDC）虽然在功率密度、自重等方面不及空心杯电机，但功率更高，符合高负载设计需求，电机效率高，耐用性更强且成本较低。

空心杯电机：降本&国产替代关键在于绕线环节突破。绕线环节式空心杯电机生产的关键技术壁垒，也是降本以及国产化替代的核心。

工艺方面，目前国产厂商普遍使用半自动化的卷绕生产，工艺繁琐，耗时较长，良品率低且线圈直径较小，限制其成本及性能，Maxon等海外领先厂商多使用高度自动化的一次成型生产，随着国产厂商技术突破与改进，有望大幅提升生产效率，实现降本；

设备方面，我国自主生产的空心杯电机绕线设备相对空缺，多为外采海外设备，固定成本较高。随着中特科技、勤联科技等国产设备厂商产品应用，有望降低空心杯电机厂商的生产成本。

海外巨头占据超8成市场份额，人形机器人领域需求有望重塑市场格局。Maxon、FAULHABER等海外巨头占据约85%的市场份额，国内主要厂商包括鸣志电器、鼎智科技、兆威机电、伟创电气、江苏雷利和雷赛智能等，国内厂商具备价格优势，有望随着工艺及设备突破，在人形机器人需求走强中抢占市场份额。

直流无刷电机：考虑成本约束的替代方案。相较于有刷电机，直流无刷电机有高输出功率、低电噪声、高可靠性、高动态响应、电磁干扰少、更好的转速-转矩等优点，虽然体积较空心杯电机仍大，但内转子结构的直流无刷电机能够较好地满足对空间结构要求较高的灵巧手，而且其结构相对简单，在制造和维护方面也具备成本优势。

电机后置对空间要求降低，直流无刷电机有望得到更广泛应用。在Optimus Gen3方案中，灵巧手驱动电机由Gen2的手掌转移至Gen3的小臂中，对驱动电机所占空间和自重要求有一定程度降低，在该方案中，Tesla也采用了空心杯电机+直流无刷电机混用的路线。若该方案得到推广，直流无刷电机有望更多地应用于灵巧手驱动当中，帮助降低整机BOM成本。

Optimus Gen3有望提升丝杠+腱绳复合传动方案渗透率。Optimus采用微型丝杠+腱绳的传动方案，自由度由Gen2的11个增加至22个，且从工厂整理、分拣以及小球抛接等实际表现来看，灵活度及承载力均表现不错，有望带动丝杠+腱绳的复合传动方案渗透率提升。

腱绳方案逐步成为国内外共识，UHMWPE材料受青睐。腱绳传动是Tesla、Shadow Robot等海外厂商普遍采用的传动方案，国内厂商今年也逐步从齿轮/连杆等方案向腱绳传动过渡，灵心巧手Linkerbot的L30以及灵巧智能的DexHand 021均采用腱绳传动方案，分别拥有25/19个自由度。

腱绳材料的选择直接影响灵巧手的操控精度、抗冲击能力和使用寿命等，当前主流的腱绳材料是高强度钢丝和超高分子量聚乙烯纤维（Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，即UHMWPE纤维），其中UHMWPE纤维强度高、自重低，模量较大，契合灵巧手对腱绳材料的需求。但缺点是抗蠕变性能以及抗高温能力不及高强度钢丝，有望通过材料技术升级或UHMWPE&高强度钢丝共用解决。

中国UHMWPE纤维产能占比近5成，关注复合灵巧手要求的高端产能。中国是UHMWPE的主要生产基地之一，2023年产量达1.33万吨，占全球总产量2.68万吨的49.7%。UHMWPE纤维全球市场集中度较高，2023年CR3达75.16%，头部企业包括美国埃万特、美国霍尼韦尔、日本Toyobo以及中国的九州星际、同益中、南山智尚等，其中南山智尚拥有自研抗蠕变型UHMWPE专利，拉伸强度达42cN/dtex，处于国内第一梯队。

2030年人形机器人灵巧手用UHMWPE市场规模或超52.8亿元。参考《腱驱动灵巧手指结构设计及其运动分析与试验》，假设驱动单个自由度所需腱绳为2根，按单手22个自由度、2030年150万台人形机器人出货量计算，2030年人形机器人灵巧手用UHMWPE市场规模有望达39.6-66亿元，取中值52.8亿元。除灵巧手外，UHMWPE还可用于机器人关节、外壳增强、骨架材料等领域，人形机器人大规模应用后带动的需求量有望进一步提升。

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