光大证券-人形机器人行业系列报告(二)-动力、传动、传感：灵巧手分析框架与零部件选型

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证券研究报告

2024年1月15日

行业研究

动力、传动、传感：灵巧手分析框架与零部件选型

——人形机器人行业系列报告（二）

电力设备新能源

机器人多指灵巧手是一种高度灵活、复杂的末端执行器，因其能够模仿人手的各

种灵巧抓持和复杂操作能力，得到持续的研发投入和广泛关注。从应用领域来看，

目前灵巧手实现成熟应用的领域主要有：航空航天、医疗假肢、工业及科研领域。

灵活度设计：灵活度设计是一个取舍与平衡的过程，原因在于更多的灵活度意味

着更强的功能性，但背后需要更多的驱动器与更复杂的结构，必然带来鲁棒性的

下降。对于功能性的衡量，通常采用Cutkosky 抓取分类法。多数高灵活度灵巧

手需要面临的一个任务是单关节双自由度的实现，目前具有代表性的传动形式有

三种：（1）双轴正交结构；（2）球/孔结构；（3）差动齿轮组。

动力源：包括选择动力源的种类、位置及数量，以及适配的减速器。目前电机驱

动已成为主流驱动方式。电机类型包括直流无刷电机、无框力矩电机、空心杯有

刷电机、空心杯无刷电机，减速器类型包括谐波减速器和行星减速器。

传动结构：传动系统的设计不仅决定了灵巧手的机械结构，而且直接影响到灵巧

手的抓取稳定性和灵活性。腱传动对于空间狭小、传动精密的灵巧手空间设计较

为友好，关键在于腱绳材料的选择；连杆、齿轮等传动方式更为直接，但对空间、

设计的要求较高。

传感系统：根据传感器在机器人手中的布局和功能，可将传感器分为两类：内在

传感器和外在传感器。内在传感器反馈机器人本体的运动或动态信息，如手关节

角度、关节扭矩和肌腱应变，而外在传感器感知外部环境，如压力、力、温度和

平滑度。

行业判断：1）作为人形机器人与外界交互的重要媒介，灵巧手是机器人功能性

的直接体现。这一方面决定了其在人形机器人体系中的重要地位，另一方面预示

着五指灵巧手与人形机器人功能对应，在硬件层面可选的方案数量将大于其他部

位；2）五指灵巧手可以不依附于人形机器人而单独存在，如机械臂、远程操作

手套、假肢等，这决定了五指灵巧手的远期市场容量的进一步扩大；3）五指灵

巧手作为一个功能单元，相较人形机器人其他部位，其自身零部件数量更多，硬

件结构更为复杂，需要集合整手的运动控制、末端传感、人机交互等，最终可能

造成五指灵巧手环节的竞争更加多层次，也容易演化成为单独环节。

投资建议：

1）动力源。建议关注：空心杯电机领域的鸣志电器、鼎智科技、伟创电气、拓

邦股份；直流无刷电机领域的德昌股份；无框力矩电机领域的步科股份；减

速器环节：行星减速器建议关注中大力德、双环传动；谐波减速器建议关注

绿的谐波；丝杠建议关注贝斯特；

2）传动结构。主要集中在腱绳材料，建议关注钢丝方案的大业股份，潜在超高

分子量聚乙烯纤维材料受益标的同益中、恒辉安防；

3）传感系统。建议关注：（一）六维力传感器：柯力传感、东华测试、八方股

份；（二）触觉传感器：汉威科技、奥迪威；（三）身体平衡（IMU）：华依

科技、芯动联科。

风险分析：（1）产业化进程不及预期；（2）竞争加剧风险；（3）核心技术进

步不及预期。

买入（维持）

作者

分析师：殷中枢

执业证书编号：S0930518040004

010-58452071

yinzs@ebscn.com

分析师：黄帅斌

执业证书编号：S0930520080005

0755-23915357

huangshuaibin@ebscn.com

分析师：和霖

执业证书编号：S0930523070006

021-52523853

helin@ebscn.com

行业与沪深300指数对比图

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-4%

16%

12/22 02/23 04/23 06/23 08/23

电力设备新能源沪深300

资料来源：Wind

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要点

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证券研究报告

电力设备新能源

投资聚焦

随着大模型等 AI技术取得突破性进展，作为其重要载体的人形机器人受到广泛

关注。2023年10月，工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》，称人形机

器人有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。为此，我们撰

写一系列有关人形机器人的报告，对相关产品、技术进行梳理，并提示相关的投

资机会。

我们的创新之处

我们创新性提出人形机器人灵巧手的分析框架，从灵活度设计、动力源、传动结

构、传感系统四个层次进行了阐述，同时结合已有的灵巧手案例，对各方面设计

结构进行说明。

股价上涨的催化因素

（1）重大节点性事件催化。人形机器人产业正处于产业化前夕，容易受到重

大节点性事件催化，如特斯拉举办AI DAY，Optimus产品发布新进展，

以及其他国内外人形机器人厂商发布新产品等；

（2）人形机器人技术取得突破性进展。人形机器人的成熟建立在AI大模型、

自动驾驶等多项前沿技术之上，底层技术的快速成熟有助于进一步推动

人形机器人产业化落地；

（3）订单与投资。随着人形机器人在诸多场景落地，产业将迎来实质性落地。

如果行业内披露相关订单、投资计划，将对股价形成催化。

投资观点

（1）动力源。建议关注空心杯电机领域的鸣志电器、鼎智科技、伟创电气、拓

邦股份；直流无刷电机领域的德昌股份；无框力矩电机领域的步科股份；减速器

环节：行星减速器建议关注中大力德、双环传动；谐波减速器建议关注绿的谐波；

丝杠建议关注贝斯特；

（2）传动结构。主要集中在腱绳材料，建议关注钢丝方案的大业股份，潜在超

高分子量聚乙烯纤维材料受益标的同益中、恒辉安防；

（3）传感系统。建议关注：（一）六维力传感器：柯力传感、东华测试、八方

股份；（二）触觉传感器：汉威科技、奥迪威；（三）身体平衡（IMU）：华依科

技、芯动联科。

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证券研究报告

电力设备新能源

1、机器人灵巧手设计与关键技术 ........................................................................................... 6

1.1、灵巧手发展历史 ..................................................................................................................................... 6

1.2、灵巧手的分析框架 .................................................................................................................................. 7

2、欠驱动与全驱动：灵活度设计 ........................................................................................... 9

2.1、全手自由度设计 ..................................................................................................................................... 9

2.2、单关节双自由度实现 ............................................................................................................................ 11

2.3、自由度优先级 ....................................................................................................................................... 12

3、动力源 ............................................................................................................................ 13

3.1、动力源分类 ........................................................................................................................................... 13

3.2、动力源位置及数量 ................................................................................................................................ 15

3.3、电机与减速器选型 ................................................................................................................................ 17

4、传动 ................................................................................................................................ 23

4.1、腱传动 .................................................................................................................................................. 24

4.2、连杆传动 .............................................................................................................................................. 26

4.3、齿轮传动 .............................................................................................................................................. 27

4.4、特斯拉灵巧手 ....................................................................................................................................... 27

5、传感器 ............................................................................................................................ 28

5.1、灵巧手的感知系统 ................................................................................................................................ 28

5.2、外部传感器 ........................................................................................................................................... 29

5.2.1、触觉传感器 ...................................................................................................................................... 29

5.2.2、接近传感器 ...................................................................................................................................... 33

5.3、内部传感器 ........................................................................................................................................... 34

5.3.1、力/力矩传感器 ................................................................................................................................. 34

5.3.2、动作传感器 ...................................................................................................................................... 35

6、投资建议 ......................................................................................................................... 37

7、风险分析 ......................................................................................................................... 40

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