《人形機器人行業“好用”的關鍵：特斯拉Optimus22自由度靈巧手方案解析-250103（40頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《人形機器人行業“好用”的關鍵：特斯拉Optimus22自由度靈巧手方案解析-250103（40頁）.pdf（40頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、人形機器人“好用”的關鍵特斯拉Optimus22自由度靈巧手方案解析證券研究報告投資評級：（）報告日期：行業推薦維持2025年01月03日分析師：林子健SAC編號：S1050523090001深度報告2投 資 要 點靈巧手的需求來源于柔性制造人體結構是最適應現代文明的進化形態，同理，“人造人”是最貼近人類日常生產生活需求的機器人形態。將自動化生產線轉變為柔性制造車間，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器人來締造，并且有機器學習和類腦智能技術的加持，數字化的日常生活都能成為人形機器人的學習資料，智能性將持續深化?？梢宰寵C器人像人一樣使用工具的靈巧手，是提升機器人柔性操作能

2、力的關鍵部件，是柔性制造避不開的一環。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，特斯拉下一代靈巧手方案是N N自由度、N N腱繩、N N執行器方案。根據10月10日特斯拉在發布會上的演示視頻，特斯拉新一代靈巧手采用腱繩驅動的傳動方式，肌腱的一端固定在指尖(骨骼)中，另一端連接到執行器(肌肉)。目前OpimusOpimus靈巧手自由度為2222個，已與人手處于相當水平。我們推測，特斯拉手部執行器數量在17/2217/22個。驅動器外置帶來自由度提升：驅動器后置集成在手臂上可以放入更多的驅動器，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運動

3、轉變為直線運動，采用絲杠能有效提升靈巧手的精度和載荷能力，提高傳動效率；采用腱繩替代扭力彈簧：上一代機器人手指伸展主要依靠扭力彈簧復原，但現在采用一根單獨的腱繩完成伸展，靈活性進一步提高。誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明2投 資 要 點Optimus靈巧手后續進展演繹靈巧手工程量占據Optimus工程量的50%。靈巧手作為機器人上最重要的末端執行器，我們認為其設計和構造必然會隨著機器人的應用場景改變而改變?，F階段仍然沒有辦法打造出同時具備低成本、長壽命、高精細化的靈巧手。這一代22自由度的Optimus靈巧手已經在自由度上接近人手，但腱繩結構還是存在一定程度上的不足。在實際應用

4、中出于實用性和成本考慮，靈巧手必然、會迭代出多個版本，使得不同場景中的機器人可以靈活搭配上不同靈巧手來完成相對確定場景中的工作。應用場景特性不同，采購不同版本的靈巧手的成本會低于采購不同版本的機器人，靈巧手是機器人走向“好用”的關鍵。靈巧手關鍵零部件解析靈巧手價值量最高的三個部件即絲杠、電機、減速器，推薦標的包括：1）絲杠：雙林股份、貝斯特、北特科技、五洲新春；2）空心杯電機和減速器：鳴志電器、兆威機電、雷賽智能；3）總成：捷昌驅動、兆威機電。誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明重 點 關 注 公 司 及 盈 利 預 測5資料來源：wind，華鑫證券研究（未評級公司盈利預測取自wi

5、nd一致預期）公司代碼名稱2025-01-03股價EPSPE投資評級20232024E2025E20232024E2025E002050.SZ三花智控22.840.810.881.0328.2026.0822.14未評級002979.SZ雷賽智能30.110.450.700.8966.9143.0033.66未評級003021.SZ兆威機電74.981.050.901.1471.4183.4466.00未評級300100.SZ雙林股份28.380.200.991.03141.9028.6727.55買入601689.SH拓普集團47.691.951.752.2524.4627.2221.23未

6、評級603009.SH北特科技39.510.140.200.36282.21197.55109.75買入603667.SH五洲新春25.020.400.440.5762.5556.9743.98未評級603728.SH鳴志電器52.110.340.330.50154.58159.80104.85未評級誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明10風 險 提 示機器人下游應用不及預期地緣政治風險研發進度不及預期誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明目 錄CONTENTS2.特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向手部絲杠價值量上升3.靈巧手關鍵零部件解析1.靈巧手是機器人最重要的末端

7、執行器11誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明4.風險提示0 1靈巧手是機器人最重要的末端執行器8誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明8末端執行器靈活度逐漸趨于人類手部末端執行器決定機器人的工作性能。末端執行器作為機器人與環境相互作用的最后環節與執行部件，對提高機器人的柔性和易用性有著極為重要的作用，其性能的優劣在很大程度上決定了整個機器人的工作性能。機器人的末端執行器主要分為工業機械手和仿人多指靈巧手。傳統的工業機械手大多是針對特定的工作任務、特定被夾持零件而設計的，可以有效地執行簡單的重復性任務。工業機械手自由度少，結構簡單，易于控制，但是靈活性低，沒有配置傳感器，

8、無法進行精確的位置控制和力控制，通用性差。機器人多指靈巧手是一種高度靈活、復雜的末端執行器。相比于工業機械手，靈巧手具有以下優點：1）仿人多指靈巧手通常具有多根手指，每根手指都具有多個關節和多個自由度，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微小的連桿機器人，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，可以對目標物體實施多種仿人操作，對類人工作環境的適用性強，可以實現在未知和非結構環境中對不同形狀的物體進行抓取。資料來源：機器人多指靈巧手的研究現狀、趨勢與挑戰_蔡世波，華鑫證券研

9、究1.1、靈巧手是機器人一種復雜的末端執行器，其需求來源于柔性制造典型兩指夾持器聯動型三指夾持器多關節手指抓持手多指靈巧手1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器9誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明9人手醫學結構圖靈巧手的需求來源于柔性制造。為批量解決高強度、高重復的工作自動化流水線應運而生，但單條生產線只能生產一種或幾種固定規格的同類產品。與“剛性”相對，“柔性”體現在適應外部環境變化的能力，即小批量生產、同一條生產線多類型生產等；也體現在適應內部變化的能力，即在內部設備故障等干擾條件下迅速調整生產節奏不影響生產效率。人體結構是最適應現代文明的進化形態，同理，“人造人”是最貼近人類

10、日常生產生活需求的機器人形態。將自動化生產線轉變為柔性制造車間，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器人來締造，并且有機器學習和類腦智能技術的加持，數字化的日常生活都能成為人形機器人的學習資料，智能性將持續深化?？梢宰寵C器人像人一樣使用工具的靈巧手，是提升機器人柔性操作能力的關鍵部件，是柔性制造避不開的一環。人手一共有24個自由度。拇指5個自由度，其余4指各4個自由度，另外還有腕的外展、腕的曲度、掌的弧度3個自由度。從結構上，遠側指間關節和近側指間關節形成了轉動副，掌指關節形成了球形副。轉動副可以實現彎曲/伸展運動，在空間有1個自由度；球形副不僅可以實現彎曲/伸展運動，還

11、能實現側擺運動，球形副在空間中有2個自由度。人手各指節、關節名稱和自由度分布資料來源：全驅動五指靈巧手結構設計及控制系統的研究_馬凝，機器人靈巧手：建模、規劃與仿真，華鑫證券研究1.1、靈巧手是機器人一種復雜的末端執行器，其需求來源于柔性制造1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器10誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明10全驅動靈巧手每個關節都能獨立控制根據自由度與驅動源數量，可將靈巧手分為全驅動和欠驅動兩大類：全驅動靈巧手驅動源的數量與被控制靈巧手的自由度數量相等。每個手指關節都有驅動器，使其能夠實現主動控制，在某種程度上能夠像人手一樣完成全部的動作指令甚至要求更高的靈巧動作。但是

12、，全驅動也意味著需要更多的驅動器，會使手掌體積變大、安裝困難、操作復雜。欠驅動靈巧手被控制的自由度多于驅動源的數目，缺少驅動源的部分則進行耦合隨動。欠驅動手硬件集成度高，整體系統簡潔高效、體積小、質量輕，便于進行動力學分析。但是，欠驅動機械手的高集成性一定程度上也是犧牲高自由度性能的結果，存在功能性不足，尤其是對于精度要求比較高的手指精巧控制無法勝任。1.2、靈巧手可按照自由度數量、傳動方式、驅動方式進行分類欠驅動靈巧手與人手更類似資料來源：機器人靈巧手研究綜述_劉偉，華鑫證券研究 優勢：優勢：具有完全可重復的運動軌跡，適合某些功能性和精細操作較高的場合。在工業場合，例如組裝、測量等情況下有更

13、好的表現，而且多一個執行器，也使得全驅動方案對比欠驅動方案在握持物體時具有更大的扭矩。缺點：缺點：對控制策略的要求較高，當沒有合理的運動學分析控制時，整體的靈活性其實并不如欠驅動的方案。優勢：優勢：對比全驅動方案，少一個甚至少兩個執行器，對節省手臂、手腕的空間和重量，都是非常大的提升，而且具有更好的順應性。缺點：缺點：不具備完全重復的運動軌跡，在需要精密操作的情景下，表現可能不如全驅動方案，甚至不如耦合方案。1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器11誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明11靈巧手傳動機構靈巧手的傳動系統對操作的穩定性和靈活性有重要影響，傳動方式有連桿傳動、繩驅傳動和齒

14、輪傳動三種。連桿傳動廣泛用于工業、假肢領域，剛度大，易于強力抓取物體，但重量體積較大，柔性不足。繩驅傳動主要用于科研領域和人形機器人領域，靈活度高、結構簡單，但控制精度不足，壽命短，已有Shadow等靈巧手落地，也是特斯拉機器人配備的靈巧手類型；齒輪傳動主要應用于工業機器人，每根手指可獨立操縱，靈活性強，但結構復雜、易發生故障，成本較高。1.2、靈巧手可按照自由度數量、傳動方式、驅動方式進行分類應用應用韓國科學技術研究院KISTHandPanipatWattanasiri團隊仿生靈巧手韓國亞洲大學科學家團隊ILDA因時機器人RH56DFX優點優點:傳動效率高、控制精度高、剛度好、抓取力大、易于

15、加工缺點缺點:結構復雜、抗沖擊能力弱、體積大、重量大、柔性不足多個連桿串并聯混合的形式傳遞運動和力矩連桿傳動連桿傳動繩驅傳動繩驅傳動利用腱繩加上滑輪或者軟管實現傳動優點優點:控制靈活、結構緊湊、柔性高、減輕末端負載、節約空間和成本。缺點缺點:控制精度不高、抓取力不大、腱繩易磨損、負載能力弱。齒輪傳動齒輪傳動使用微型諧波減速器、帶、齒輪驅動應用應用Shadow公司Shadow靈巧手西班牙國防中心大學&法國交互式機器人實驗室CEAdexterous特斯拉Optimus靈巧手麻省理工學院和猶他大學Utah/MIT應用應用德國宇航中心&哈工大DLR/HIT北航機器人研究所BH-985優點優點:手指動作

16、相互獨立、更加靈活、傳動效率高、減速比大、抓取力大。缺點缺點:結構復雜、重量大、抗沖擊能力弱、故障率較高、成本高。1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器資料來源：頭豹研究院，華鑫證券研究12誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明12腱驅動和電機內置驅動的的優缺點對比資料來源：腱驅動靈巧手指結構設計及其運動分析與試驗_孫成遠，空間五指靈巧手控制系統設計_韓運崢，華鑫證券研究靈巧手逐漸按照是否存在線繩、鋼絲、皮帶等柔性傳動部件分為腱驅動和直接驅動兩種形式。腱驅動：可以節省手指體積，手指的擬人程度更高，腱繩能夠提供較大的關節力矩，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

17、，而且預緊程度會直接影響控制效果，對控制系統的設計要求較為嚴格。直接驅動：將電機和驅動電路內置在手指內，手指體積較大，且不能提供較大的關節力矩，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，腱驅動的設計方式便于實現遠距離傳動，采用鍵驅動的形式將部分驅動系統放置于靈巧手外部，能有效減小靈巧手的整體尺寸。代表性靈巧手的主要參數時間靈巧手手指數 自由度數 傳動形式 驅動方式 驅動位置1974OkadaHand311腱繩腱驅動外置1983Utah/MITHand416腱繩腱驅動外置1984Stanford/JPLHand39腱繩腱驅動外置1988BarretHand34齒輪直

18、接驅動內置1992UB-Hand311腱繩腱驅動外置1998DLR-Hand412腱繩腱驅動外置1998DISTHand416腱繩腱驅動外置1998BH-3Hand39腱繩腱驅動內置1999TokyoHand512腱繩腱驅動外置2000DLR-Hand413齒形帶腱驅動內置2000UltralightHand513齒輪直接驅動內置2001GIFU-Hand516齒輪直接驅動內置2001BH-4Hand416腱繩腱驅動內置2004UBH3Hand524腱繩腱驅動外置2004HIT/DLR-Hand413齒輪直接驅動內置2004ShadowHand521腱繩腱驅動外置2009HIT/DLR-Han

19、d515腱繩腱驅動內置2009TWEBDY-ONEHand413齒輪+連桿 直接驅動內置2010DLRHASyHand519腱繩腱驅動外置2014RoboRayHand512腱繩腱驅動外置2014TheCEAdexterousHand520腱繩腱驅動內置驅動方式腱驅動電機內置驅動電機和驅動器位置前臂手指內手指體積小大關節力矩大小傳動柔性有無模塊可替代性差強1.2、靈巧手可按照自由度數量、傳動方式、驅動方式進行分類1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器13誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明13驅動器外置靈巧手整機機構資料來源：空間五指靈巧手控制系統設計_韓運崢，華鑫證券研究驅動器外置

20、腱驅動靈巧手主要運作原理如下：電機和滾珠/滾柱絲杠外置于手臂中，電機通過減速箱帶動滾珠絲杠，電機軸的轉動被轉化為絲杠螺母的平移運動，絲杠螺母拉動腱繩，腱繩另一端連接到手指指骨上，拉動手指繞關節軸旋轉。由于手腕的俯仰和側擺運動會扭動腱繩的位置和形狀，為了消除手腕運動對腱繩的影響，在腱繩外面套上硬質彈簧，類似自行車剎車線的原理。當手腕運動時，硬質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摩擦力，在腱繩和彈簧之間套入Teflon管，既能提高傳動效率，又解決了腱繩與彈簧之間的長時間摩擦帶來的磨損問題。腱驅動原理1.3、驅動器外置腱驅動靈巧手兼具靈活性

21、、小體積與可靠性1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器14誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明143自由度4腱繩的N+1型驅動方案資料來源：腱驅動靈巧手指結構設計及其運動分析與試驗_孫成遠，空間五指靈巧手控制系統設計_韓運崢，華鑫證券研究2自由度2腱繩的N型驅動方案傳動方案原理簡圖驅動器數目腱繩數目特點N型NN/2N驅動器數目少;需要預緊機構N+1型N+1N+1腱繩數目少;單根腱繩負載大2N型2N2N承載能力強、動態性能較好;驅動器數目多遠程驅動能有效減小手指的體積和重量，由于腱繩只能傳遞拉力，腱繩的數目大于手指自由度時才能對手指的每一個自由關節進行完全確定的控制。經過證明，當腱繩數

22、目比自由關節數目多1時，就可以使用腱繩來獨立控制所有的自由關節。以3自由度的食指為例，4根腱繩即可完全控制3個自由關節。N+1型腱驅動方案能有效的減少腱繩數目，但會引入腱繩運動和手指關節運動之間的耦合性，即驅動一個關節需要多根腱繩的參與，一根腱繩的運動會牽引多個關節，對控制算法更高要求。N型驅動方案驅動器數目最少，有利于減小驅動系統的整體尺寸。同時，可以有效降低電氣系統與控制系統的復雜程度，提高可靠性。在“N型”的傳動方案中，兩根腱繩構成了一條閉環回路。為了調整回路中腱繩長度誤差，并使腱繩工作在張緊狀態，腱驅動手指中需要引入預緊機構對腱繩張力進行調整。如果采用欠驅動，驅動器數量進一步降低。三種

23、傳動方案對比1.3、驅動器外置腱驅動靈巧手兼具靈活性、小體積與可靠性1、靈巧手是機器人最重要的末端執行器0 2特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價值量上升16誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明162.1、特斯拉Optimus一代靈巧手專利解析 手和手指布局：手和手指布局：靈巧手設計模仿人手，包括手掌區域和五個手指，每個手指具有近側構件和遠側構件，能夠圍繞相應關節樞軸旋轉。腱繩布線：腱繩布線：使用腱繩而非傳統齒輪或連桿系統來驅動手指運動，腱繩的布線設計允許更自由的手指運動和更高效的力傳遞。資料來源：人形機器人研究院，TESLA，華鑫證券研究2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均

24、指向絲杠價值量上升17誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明17 大拇指：大拇指：具有兩個空心杯電機模組執行器302a和302f，分別控制彎曲/伸展和外展/內收運動。其他其他4 4指：指：由于特斯拉一代靈巧手采用的是2指關節，與我們常規的人手相比少了一組關節，因此每個手指有一個空心杯電機模組執行器搭配對應的扭簧，具有1個主動自由度和1個由腱繩牽引的被動自由度指關節，能夠實現復雜的抓握。運行方式運行方式：當電纜416被驅動器302拉動時，末端420可以與遠端部件408或其結構嚙合，以使近端部件402或遠端部件408中的至少一個移動。例如，當電纜416被驅動器302拉動時，末端420可以

25、與遠端部件408或其結構嚙合，從而導致近端部件402圍繞第一樞軸406旋轉和/或遠端部件408圍繞第二樞軸414旋轉。資料來源：人形機器人研究院，華鑫證券研究2.1、特斯拉Optimus一代靈巧手專利解析2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價值量上升18誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明18資料來源：人形機器人研究院，華鑫證券研究 驅動裝置驅動裝置：本專利靈巧手采用空心杯電機作為驅動裝置，這種電機以其體積小、重量輕、響應速度快的特點，非常適合用于需要精密控制的場合。傳動裝置：傳動裝置：傳動裝置采用繩驅結合蝸輪蝸桿的方式，既保證了傳動的平順性，也確保了足夠的力量傳遞及自鎖性

26、能。2.1、特斯拉Optimus一代靈巧手專利解析2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價值量上升19誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明19OptimusGen3靈巧手自由度拆分2.2、特斯拉下一代靈巧手迎來重大更新資料來源：TESLA，Dirty Tesla，小米技術公眾號，華鑫證券研究人手自由度拆分我們推測，特斯拉下一代靈巧手方案是N N自由度、N N腱繩、N N執行器方案。根據10月10日特斯拉在發布會上的演示視頻，特斯拉新一代靈巧手采用腱繩驅動的傳動方式，肌腱的一端固定在指尖(骨骼)中，另一端連接到執行器(肌肉)。目前OpimusOpimus靈巧手自由度為2222個

27、，已與人手處于相當水平。我們推測，特斯拉手部執行器數量在17/2217/22個。2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價值量上升20誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明20蝸桿替換為絲杠資料來源：TESLA，電動星球，人形機器人研究院，華鑫證券研究特斯拉OptimusGen3OptimusGen3靈巧手有三大變化，三大變化均指向絲杠用量提升：驅動器外置帶來自由度提升：驅動器后置集成在手臂上可以放入更多的驅動器，直接增加靈巧手的自由度；采用絲杠替代蝸桿：二者均能改變運動方向，采用絲杠能有效提升靈巧手的精度和載荷能力，提高傳動效率；采用腱繩替代扭力彈簧：上一代機器人手指伸展主要依

28、靠扭力彈簧復原，但現在采用一根單獨的腱繩完成伸展，靈活性進一步提高。扭力彈簧替換為腱繩手掌內置驅動器變為手臂外置驅動器2.2、特斯拉下一代靈巧手迎來重大更新2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價值量上升21誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明21資料來源：TESLA，華鑫證券研究11月28日，特斯拉Optimus發布視頻，22個自由度靈巧手已裝機，并用最新的靈巧手接住網球。整體硬件動作協調流暢十分類人。接網球手部孤立動作，抓握同時，Optimus整個上肢乃至頭部隨之擺動保持平衡，整體動作絲滑流暢。我們認為，機器人替人主要分兩步走，首先要求是硬件性能能支撐機器人做出類似人類的

29、動作，其次是機器人依靠自己的“大腦”去獨立做出行為舉止?，F在看來，特斯拉第一步已經初步滿足，第二步我們看好特斯拉在ai方面包括端到端模型深厚積累。手部體積于前代大致相同。驅動器后置帶來的結果是，整體手部體積于二代相近。所有驅動器連同前臂線性執行器一起封裝在內部，結構緊湊外形和諧。Optimus用22自由度靈巧手接網球2.3、特斯拉下一代靈巧手已裝機2、特斯拉下一代靈巧手三大核心變化均指向絲杠價值量上升此前Optimus手部動作受自由度限制0 3靈巧手關鍵零部件解析23誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明23空心杯電機和普通電機的區別微型電機是由定子、轉子(由鐵芯轉子和繞組構成)、電

30、樞繞組、電刷、換向器等部件組成?？招谋姍C的轉子是直接采用導線繞制而成，線圈通過連接板與換向器、主軸連接在一起；從結構上看，其是由外框架、沿外圍分布的驅動線圈、中間的空心轉子以及附加的傳感器組成?？招谋姍C屬于直流永磁的伺服控制電機，也可以將其歸類為微特電機?？招谋姍C在結構上突破傳統電機的轉子結構形式，采用了無鐵芯轉子，這種新穎的轉子結構徹底消除了因鐵芯形成渦流而造成的電能損耗；同時，空心杯電機重量和轉動慣量大幅降低，從而減少轉子自身的機械能損耗。由于轉子結構變化而使電機的運轉特性得到極大改善，不但具有突出的節能特點，更為重要的是具備了鐵芯電機所無法達到的控制和拖動特性。作為高效率的能量轉換

31、裝置，在很多領域代表了電動機的發展方向3.1、空心杯電機具有突出的節能特性、靈敏方便的控制特性和穩定的運行特性3、靈巧手關鍵零部件解析空心杯電機空心杯電機普通(有刷直流)電機結構圖結構轉子為空心杯形狀（由一個薄壁金屬杯構成，內部為空心，外部為環形磁極）轉子通常為實心或有槽的圓柱形，內部裝有導線和磁極工作原理利用空心杯轉子中的磁場與定子產生的磁場相互作用而產生轉矩利用轉子中的導線在磁場中受到的洛倫茲力來產生轉矩性能特點外形尺寸小、輕巧；轉矩密度較高；集成度高；高精度、高效率(最高效率80%)；轉速高(受限于換向系統,最高轉速10000rpm)；響應速度較快(機械時間常數通常只有十幾個ms)；壽命

32、長(預期大約在1000-3000h)；制造成本較高(9或11或13片換向片)體積和重量較大；鐵損較大(存在渦流損耗,最高效率約為50%)；無法運行在高轉速下(一般最高轉速5000rpm)；響應較慢(機械時間常數一般100ms)；壽命較短(一般幾百個h)；制造成本較低(3-5片換向片)應用場景應用于對性能要求較高的領域，如航空航天、機器人等應用于對性能要求較低的領域，如家用電器、工業設備等資料來源：天孚電機官網，上海茂碩機械設備有限公司官網，鳴志電器官網，空心杯電機定制化管理的應用研究，華鑫證券研究特點優勢無齒槽效應低速運行平穩低振動，低噪音轉子可控制在任意位置結構緊湊磁路設計更優功率密度更高溫

33、升低，效率高低電感高動態響應高加速度空心杯電機優勢24誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明24鳴志電器的有刷空心杯電機結構圖3.1、根據換向方式可劃分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機鳴志電器的無刷空心杯電機結構圖資料來源：鳴志電器官網，華鑫證券研究空心杯電機可分為有刷和無刷電機：有刷電機的轉子無鐵芯，無刷電機(又稱無刷無齒槽電機)的定子無鐵芯。主要的區別有：(1)有刷空心杯電機利用碳刷(或者金屬電刷)和換向器的配合來完成換向，而無刷空心杯電機的線圈導線直接連接到控制器，通過處理連接板上的霍爾反饋的位置信號完成換向；(2)有刷空心杯電機的線圈、換向器和連接板在外殼和永磁體中間旋轉，共

34、同組成轉子；而無刷空心杯電機的線圈是固定的，永磁鐵作為轉子在中間旋轉。相比于有刷空心杯電機，無刷空心杯電機的性能更優，其具備轉速上限更高、重量更小、功率體積比更大的優點，但是價格偏高。無刷無齒槽有刷無鐵芯長壽命(20000h)電機壽命受限(2000h)高轉速 電機轉速受限電磁干擾可忽略有火花有鐵損無鐵損需要驅動控制控制簡單3、靈巧手關鍵零部件解析25誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明25空心杯電機杯型繞組成型工藝復雜，要求嚴格，生產合格率低，制造成本高，是空心杯電機面臨的難題，也使得空心杯電機的應用受到一定限制?？招谋姍C杯型繞組的類型眾多，包括直繞組、斜繞組、同心式繞組、疊繞組

35、等。3.1、空心杯電機杯型繞組成型工藝是空心杯電機制造中的關鍵，直接影響電機的性能資料來源：空心杯電機非對稱同心式繞組成型工藝技術研究，空心繞線杯無刷電機繞組設計技術，華鑫證券研究杯型繞組分類直繞式杯型繞組直繞式杯型繞組斜繞式杯型繞組斜繞式杯型繞組同心式杯型繞組同心式杯型繞組(菱形繞組菱形繞組)元件有效導體部分與電機軸線平行直繞式繞線杯平面連接圖生產效率低灌封工藝繁瑣掛線工裝及整形模具復雜菱形繞組杯平面圖由數個相互獨立的線圈采用拼接、整形固化的方法制成杯型繞組線徑選擇靈活，槽滿率高生產效率高，適合批量生產相同繞組參數下同心式較斜繞式性能更優，在國內外空心杯電機上廣泛使用線圈分布一致性是難點元件

36、有效導體部分與電機軸線成一定傾斜角度繞組利用率高生產效率高工裝模具結構簡單，工藝過程較為簡便適合體積小、線徑細、槽滿率低的杯型繞組，對于電流較大的電機需多根線并繞采用斜繞組杯子則難以實現兩種不同形式的斜繞式杯型繞組3、靈巧手關鍵零部件解析26誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明263.1、空心杯電機市場的主要廠商資料來源：中商產業研究院，電子發燒友，各公司官網，華鑫證券研究全球空心杯電機市場集中度較高，較為知名的企業包括Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor及NidecCopalCorporation等，

37、這些企業在空心杯電機的設計、制造以及技術創新方面處于領先地位。目前，空心杯電機市場主要由海外企業占據主導地位，但國內也有一些電機廠商已經能夠提供或正在布局高性能空心杯電機以應對未來需求巨大的藍海市場，如鳴志電器、偉創電氣、江蘇雷利、拓邦股份等。國內空心杯電機的部分廠商公司空心杯電機產品的覆蓋情況鳴志電器國內的第一梯隊；直流有刷電機提供8mm-24mm多種外徑及機身長度規格型號；直流無刷無槽電機提供10mm、13mm,16mm,22mm,26mm等多種外徑及機身長度規格偉創電氣已自主研發出直徑僅10mm直流無刷空心杯電機系統江蘇雷利空心杯無刷電機提供16mm、22mm、28mm、30mm、36m

38、m、42mm外徑的規格型號禾川科技產品布局8mm|10mm|12mm|13mm等多種規格的無刷空心杯電機鼎智科技提供直徑10mm、16mm、22mm、28mm、30mm、36mm、42mm空心杯電機(無槽無刷)3、靈巧手關鍵零部件解析27誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明273.1、無刷有齒槽電機和空心杯電機對比資料來源：立鼎產業研究網，深圳踢踢電子，控制工程網，華鑫證券研究驅動器后置減小電機體積壓力，無刷有齒槽電機適用于和空心杯電機不同的場景。無刷有齒槽電機的定子結構通常由多個鐵芯齒槽組成，每個齒槽中嵌有繞組線圈。這些鐵芯齒槽用于引導和增強電機內的磁場，以提高效率和提供較高的轉

39、矩密度。繞組排列在齒槽中，并與永磁轉子相配合形成旋轉磁場。這種結構設計較為緊湊，適合需要高功率密度和穩健性能的應用。齒槽的存在有助于集中磁場，提高轉矩密度，但會產生齒槽效應，有輕微的轉矩波動，對平穩性產生影響。無刷有齒槽電機主要性能特點3、靈巧手關鍵零部件解析無刷有齒槽電機無刷有齒槽電機空心杯電機空心杯電機定子結構定子結構有齒槽，鐵芯繞組固定永磁體轉子結構轉子結構帶永磁體的轉子空心繞組，轉子無鐵芯轉矩密度轉矩密度高高較低慣量慣量較高較高極低運行平穩性運行平穩性存在齒槽效應，低速平穩性一般平穩，無振動平穩，無振動動態響應動態響應中等動態性能動態響應極快動態響應極快成本成本較低較低高適用場景適用場

40、景合高功率密度、需要承受較高負載的應用超高速、小型化應用28誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明283.2、行星減速器介紹資料來源：科峰智能招股說明書，華鑫證券研究行星減速器的結構主要包括中心太陽輪、行星齒輪、內齒圈。工作時中心太陽輪驅動內部受力旋轉，帶動行星齒輪在內齒圈軌道內進行旋轉，依賴齒輪之間的嚙合來實現轉速的減小，行星架作為輸出軸，將減速后的運動傳遞給負載。實現輸入進來的高轉速通過齒輪件傳動后將速度降低再輸出的效果，主要作用就是將電機的高速低扭轉換為低速高扭。行星減速器可以實現更高的減速比和扭矩輸出。通過多個行星齒輪級的串聯，每一級都能降低轉速并增加扭矩。減速比的大小由幾級

41、減速比的乘積決定。精密行星減速器結構示意圖3、靈巧手關鍵零部件解析29誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明29精密減速器類別精密減速器類別RVRV減速器減速器諧波減速器諧波減速器行星減速器行星減速器圖片示例圖片示例結構組成結構組成包括兩級傳動裝置，第一級為單級行星齒輪減速器，第二級為差動齒輪減速器包括波發生器，傳動的輸入單元；柔輪，是一個柔性部件，工作中在不斷變形，通過外齒輪進行大扭矩的輸出；剛輪，為帶有內齒的剛性結構包括行星輪、太陽輪和內齒圈。太陽輪連接輸入軸，行星輪連接輸出軸工作方式工作方式通過行星減速器初步減速，再由針齒盤與擺線齒輪實現精確嚙合減速波發生器會發生可控變形，帶動

42、柔輪轉動，柔輪外齒輪通過彈性變形與剛性齒輪嚙合，向剛輪傳遞動力中心太陽輪驅動內部受力旋轉，帶動行星齒輪在內齒圈軌道內進行旋轉，依賴齒輪之間的嚙合來實現動力傳遞和轉速減小優點優點高負載，高剛性，壽命長高精度、高減速比體積小，質量輕，穩定性好缺點缺點體積大，重量大抗沖擊能力和壽命有限單級的傳動比較低使用場景使用場景結構支撐，大扭矩輸出精密動作精密動作資料來源：工業機器人用精密減速器研究現狀林江海,黃鵬程,王燕霜等，華鑫證券研究目前市面上用于人形機器人關節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、高負載，但體積和重量較大；諧波減速器精度最高，但抗沖擊力和壽命有限；

43、行星減速體積小、質量輕、穩定性好，但單級傳動比較低。3、靈巧手關鍵零部件解析3.2、行星減速器和其他減速器對比30誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明30資料來源：科峰智能招股說明書，紐氏達特官網，中大力徳2023年度報告，兆威機電招股書，秦川機床2023年年度報告，豐立智能2023年度報告，華鑫證券研究3.2、頭部廠商介紹公司名稱日本新寶紐卡特紐氏達特科峰智能簡要情況日本公司，在國際市場和中國市場均占有最大份額德國公司，2004年在沈陽成立分公司，有1400萬種可能的減速機配置秉承歐洲技術，擁有大量進口加工中心、車削中心、全自動數控滾齒機、插齒機、磨齒機和真空離子氮化技術及先進的

44、裝配線已在高端機床、頂管機、半導體、醫藥裝備、包裝機械等領域實現進口替代產品類型無級變速器、減速器減速器精密行星減速器45-235 全系列斜齒行星減速器產品、16-1720 全系列直齒行星減速器、微型行星減速器、智能減速器等產品系列，非標定制化產品數千種公司名稱中大力徳兆威機電秦川機床豐立智能簡要情況公司小型和微型減速電機在國內市場擁有較強的市場地位，精密減速器實現了技術突破，已在與國外先進企業的市場競爭中占有一席之地，不斷實現對進口產品的替代專業從事微型傳動系統、精密注塑件和精密模具的研發、生產與銷售的高新技術企業，主要為客戶提供定制化微型傳動系統和精密注塑件國內規格最全、系列最多、滿足 5

45、1000KG 負載匹配全系列工業機器人關節減速器產品的供應商，尤其是大負載產品一家專業從事小模數齒輪、精密減速器及零部件等產品研發、生產與銷售的高新技術企業，擁有50 項專利技術，其中發明專利 12 項。產品類型“精密行星減速器+伺服電機+驅動”模組化產品微型傳動系統、精密注塑件和精密模具在齒輪加工機床、螺紋磨床、加工中心、車削中心、外圓磨床等領域處于國內第一梯隊齒輪、精密減速器及零部件、新能源傳動以及氣動工具各公司專注于減速器及相關傳動系統領域，憑借技術優勢和產品創新，廣泛應用于工業機器人、人形機器人、新能源、醫療等行業。3、靈巧手關鍵零部件解析31誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免

46、責聲明313.2、各家行星減速器產品性能比較各家行星減速器的可選尺寸范圍較大，從性能角度來看，國內廠商與海外廠商產品并無顯著差距。3、靈巧手關鍵零部件解析資料來源：Neugart產品手冊，Shimpo產品手冊，Wittenstein產品手冊，科峰智能產品手冊，中大力徳產品手冊，華鑫證券研究頭部廠商行星減速器產品對比公司名稱紐卡特日本新寶威騰斯坦科峰智能中大力徳系列名稱HLAEVRSHDVSPLSZPN產品圖片徑向尺寸范圍70-90-11060-75-100-140-180-210-24062-80-10870-90-120-160-20522-32-42-52-62-72-82-105-120

47、（單位：mm）1級傳動比3103104103103.76.752級傳動比9100151001610010641446最小尺寸的減速器重量（單級）（單位：kg）2.11.63.21.4/最小尺寸的運行噪音（單位：dB）58/605890%90%）自鎖性自鎖性有有無，需要額外機構精度精度中等，易受齒輪間隙影響高，定位重復性好高，定位重復性好承載能力承載能力較好優秀優秀運行平穩性運行平穩性高高高磨損與壽命磨損與壽命磨損快，需定期潤滑磨損慢，壽命長磨損慢，壽命長成本成本一般較高適用場景適用場景需位置鎖定，低速高扭矩應用需高精度、高效率傳動場景34誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明34行星

48、滾柱絲杠與滾柱絲杠性能對比滾珠絲杠螺母組件包含多個滾珠軸承，能夠處理中等負載的滾珠軸承有最小尺寸要求。與相似尺寸和導程的滾柱絲杠相比，滾珠軸承的半徑需要更粗糙的螺距，導致接觸點更少。加上較小的接觸半徑和允許軸承互相接觸的設計，限制了滾珠絲杠的DLR（Dynamic Load Rating），導致較低的力和較短的使用壽命。相比于傳統的滾珠絲杠傳動，行星滾柱絲杠傳動呈現多副(螺紋副和齒輪副)、多體(多個零件參與嚙合傳遞運動和動力)、多點(螺紋副多點接觸)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，相同負載下節省1/3空間，壽命提高14倍，工作環境溫度范圍提高2倍。在實

49、際應用中，滾柱相對于螺母無軸向運動，絲杠轉速可達6000r/min，螺母直線速度可達2m/s。采用行星滾柱絲杠作為傳動機構的EMA與采用滾珠絲杠的EMA相比相同推力下重量減少30%，相同重量下推力提升50%。而且，行星滾柱絲杠可采用微小導程(螺距可達0.3mm)，不僅更便于控制傳動精度和提升動態頻響，而且由于更多接觸點同時參與傳力，能夠實現重載條件下的超高精密傳動。資料來源：TOLOMATIC，華鑫證券研究3.3、滾柱絲杠和滾珠絲杠比較優勢在于精度、載荷、壽命等多方面性能滾柱絲杠滾珠絲杠動態額定載荷非常高中等壽命很長，幾倍于滾珠絲杠一般沖擊載荷非常高中等相對體積最小中等加速度高中等精度高一般3

50、、靈巧手關鍵零部件解析35誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明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，具有高強度、輕質、耐磨損、耐化學侵蝕、耐磨和抗紫外線等特性，延長了繩索的使用壽命。相比之下，鋼絲繩在傳動效率方面有一定優勢，但其末端固定困難、不能承受小的回轉半徑、強度較低、壽命短等缺點限制了其在靈巧手設計中的應用。此外，鋼絲繩的斷裂行為不均勻，反沖力難以預測，而高分子材料的腱繩則表現出線性、可預測的反沖力，斷裂時更安全。資料資源：貝澤精密產品官網，Access Rope

51、s產品官網，腱傳動靈巧手指的傳動分析與結構設計_李柏毅，華鑫證券研究靈巧手的腱繩材料性能比較性能指標UHMWPE(Dyneema/Spectra)鋼絲繩安全性安全性高，以線性方式斷裂安全性高，以線性方式斷裂低于高分子纖維繩強度高，是鋼絲的高，是鋼絲的1515倍（同重量）倍（同重量）相對較低，同直徑下最大載荷低于高分子纖維繩重量輕，具有低密度特性輕，具有低密度特性較重，密度高耐磨性優異，適用于耐磨應用優異，適用于耐磨應用良好，但低于高分子材料拉伸性低拉伸性，操作平穩-耐化學性高，能抵御潮濕、紫外光與化學試劑的侵蝕中等，易受腐蝕影響成本可能較高，取決于應用和生產規模相對較低，但維護成本可能較高相對

52、較低，但維護成本可能較高耐水性防水，能浮于水面一般，易受水分影響耐疲勞性優異，適合長期高負載運行優異，適合長期高負載運行中等，易出現疲勞斷裂耐溫性熔點相對較低（約138），并且在極低溫度下沒有脆點，無法保持性能耐溫性較好，但易受高溫影響抗蠕變性較差，易發生形變較好，但長期負載下可能發生蠕變較好，但長期負載下可能發生蠕變超高分子量聚乙烯（UHMWPE）繩索超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維鎢鋼絲繩3.4、主流靈巧手腱繩材料性能3、靈巧手關鍵零部件解析36誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明荷蘭DSM公司是全球領先的高性能材料供應商之一，其核心產品Dyneema廣泛用于腱繩傳動系統中

53、。美國Honeywell公司生產的Spectra纖維，也廣泛應用于腱繩傳動系統中。日本東洋紡公司與DSM合資，不僅供應Dyneema纖維，還自主研發了Tsunooga纖維。英國Shadow Robot公司推出Shadow靈巧手，腱繩傳動系統模擬了人手的肌腱結構。中國寧波大成新材料股份有限公司自1996年起研發UHMWPE纖維，是全球主要生產商之一，產品出口多國。此外，江蘇貝澤精密金屬科技有限公司生產機器人特細金屬腱繩，鋼絲繩沒有內摩擦，強度高，是靈巧手腱繩材料較優選擇。資料資源：中國化工新材料產業發展報告2016，Shadow Robot，貝澤精密產品官網，TESLA，華鑫證券研究國內外靈巧手

54、材料生產公司公司產品介紹荷蘭DSMDyneema（UHMWPE）DSM是全球領先的高性能材料供應商之一，Dyneema 是其核心產品，廣泛用于腱繩傳動系統中。TREVO美國HoneywellSpectra（UHMWPE）Spectra纖維是一種超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維，具有極高的抗拉強度和耐磨性，廣泛應用于腱繩傳動系統中。日本（東洋紡Toyobo）Dyneema（UHMWPE）與DSM合資日本（三井化學）Tekmilon-英國（Shadow Robot）高分子纖維Shadow Dexterous Hand（tendon driven）寧波大成新材料UHMWPE纖維-江蘇貝澤精密鎢鋼

55、絲繩制造機器人特細金屬腱繩特斯拉靈巧手或采用金屬腱繩Dyneema纖維Spectra纖維3.4、主流靈巧手腱繩材料性能3、靈巧手關鍵零部件解析37風 險 提 示誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明機器人下游應用不及預期地緣政治風險研發進度不及預期38汽車組介紹林子?。簭B門大學碩士，自動化/世界經濟專業，CPA，6年汽車行業研究經驗。曾任職于華福證券研究所，擔任汽車行業分析師。2023年加入華鑫證券研究所，擔任汽車行業首席分析師。兼具買方和賣方行業研究經驗，立足產業，做深入且前瞻的研究，擅長自下而上挖掘個股。深度覆蓋特斯拉產業鏈/一體化壓鑄等細分領域。張智策：武漢大學本科，哥倫比亞大

56、學碩士，2024年加入華鑫證券。2年華為汽車業務工作經驗，主要負責智選車型戰略規劃及相關競品分析。程晨：上海財經大學金融碩士，2024年加入華鑫證券，研究汽車&人形機器人方向。誠信、專業、穩健、高效請閱讀最后一頁重要免責聲明39本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告清晰準確地反映了本人的研究觀點。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。證券分析師承諾股票投資評級說明：證券投資評級說明華鑫證券有限責任公司（以下簡稱“華鑫證券”）具有中國證監會核準的證券投資咨詢

57、業務資格。本報告由華鑫證券制作，僅供華鑫證券的客戶使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告中的信息均來源于公開資料，華鑫證券研究部門及相關研究人員力求準確可靠，但對這些信息的準確性及完整性不作任何保證。我們已力求報告內容客觀、公正，但報告中的信息與所表達的觀點不構成所述證券買賣的出價或詢價的依據，該等信息、意見并未考慮到獲取本報告人員的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦。投資者應當對本報告中的信息和意見進行獨立評估，并應同時結合各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時就財務、法律、商業、稅收等方面咨詢專業顧問的意見。對依據或者使用本報告所造

58、成的一切后果，華鑫證券及/或其關聯人員均不承擔任何法律責任。本公司或關聯機構可能會持有報告中所提到的公司所發行的證券頭寸并進行交易，還可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行、財務顧問或者金融產品等服務。本公司在知曉范圍內依法合規地履行披露。本報告中的資料、意見、預測均只反映報告初次發布時的判斷，可能會隨時調整。該等意見、評估及預測無需通知即可隨時更改。在不同時期，華鑫證券可能會發出與本報告所載意見、評估及預測不一致的研究報告。華鑫證券沒有將此意見及建議向報告所有接收者進行更新的義務。本報告版權僅為華鑫證券所有，未經華鑫證券書面授權，任何機構和個人不得以任何形式刊載、翻版、復制、發布、轉發或引用本

59、報告的任何部分。若華鑫證券以外的機構向其客戶發放本報告，則由該機構獨自為此發送行為負責，華鑫證券對此等行為不承擔任何責任。本報告同時不構成華鑫證券向發送本報告的機構之客戶提供的投資建議。如未經華鑫證券授權，私自轉載或者轉發本報告，所引起的一切后果及法律責任由私自轉載或轉發者承擔。華鑫證券將保留隨時追究其法律責任的權利。請投資者慎重使用未經授權刊載或者轉發的華鑫證券研究報告。免責條款以報告日后的12個月內，預測個股或行業指數相對于相關證券市場主要指數的漲跌幅為標準。相關證券市場代表性指數說明：A股市場以滬深300指數為基準；新三板市場以三板成指（針對協議轉讓標的）或三板做市指數（針對做市轉讓標的）為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以道瓊斯指數為基準。投資建議預測個股相對同期證券市場代表性指數漲幅1買入20%2增持10%20%3中性-10%10%4賣出10%2中性-10%10%3回避-10%40報告編號:250103135522