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當地時間 11 月 28 日，特斯拉人形機器人 Optimus 傳來新動態，其新手臂取得顯著進展，手上自由度大幅增加至 22 個，腕部與前臂也具備 3 個自由度。 在人形機器人的眾多部件中，靈巧手向來是備受矚目的焦點部分，而高自由度的靈巧手極有可能引領未來產業發展的大方向。 當下，全球人形機器人產業處于快速發展與技術變革期，技術進步情況多以特斯拉等海外行業巨頭的發展動向作為主要觀測依據，其產品路線的每一輪技術革新都極具參考價值與研究意義，值得業內高度重視與深入剖析。
01 人形機器人靈巧手概覽
人形機器人的靈巧手堪稱抓取物體的關鍵利器，特斯拉 Optimus 的靈巧手價值量占比達 14%，足見其重要性。其技術路線與配置方案直接左右機器人操作表現。當下，人形機器人商業化進程提速，各廠商對靈巧手方案的選定越發謹慎，特斯拉 Optimus 的技術方案極具示范意義，有望成為行業參照藍本。回顧 Optimus 機械手的發展軌跡，初代具備“6 主動自由度+5 驅動自由度”，Gen2 進階為 11 主動自由度并增添指腹觸覺傳感器。此次更新后手臂擁有 22 個自由度，依靠 5 根手指各 4 個自由度與腕部 2 個自由度的巧妙架構，高度復刻人類手指關節構造，使手部動作幾近真人。特斯拉還計劃在年底前拓展觸覺感應范圍、細化肌腱控制并減輕前臂重量。行行查數據表明，2023 年全球機器人靈巧手市場規模為 15 億美元，預估到 2030 年將沖破 30 億美元，年復合增長率約 10.3%，這一市場正展現出強勁的發展勢頭與廣闊前景。
人形機器人靈巧手核心零部件
結構上，靈巧手設計聚焦驅動、傳動與傳感三大核心要素。其中，空心杯電機、絲杠、減速器和觸覺傳感器等零部件價值量頗高，它們相互協同配合，對靈巧手的性能表現起著關鍵作用，深刻影響著人形機器人手部功能的實現與拓展。 資料來源：公開整理一、驅動環節
驅動的關鍵作用在于賦予靈巧手運動能力并輸出動力。當下，電機驅動在靈巧手驅動方式中占據主流地位，電機重量受功率、材料以及尺寸等因素影響而存在差異。伴隨第三代靈巧手自由度的提升，其所需電機數量也相應增加。以特斯拉第三代靈巧手為例，因手部自由度較第二代有所增加，電機數量大概率會從 6 個增至 13 - 17 個，并且驅動器的搭載位置也由手掌移至手腕部位，這些改變旨在進一步優化靈巧手的性能表現，使其動作更加靈活精準。空心杯電機在人形機器人零部件體系里占據著較高的比例份額。其構造獨特，采用無鐵芯轉子，電樞繞組呈現空心杯線圈的杯狀結構。在原材料選用上，高端釹鐵硼（第三代稀土永磁）成為空心杯電機永磁材料的主流。隨著人形機器人手指關節自由度逐步提升，出于對仿真性的考量，手指關節處急需配備體積小巧卻能輸出較大力量的電機，空心杯電機恰好與之高度適配。然而，空心杯電機在技術層面存在諸多挑戰，線圈設計、繞線工藝以及繞線設備均構成其核心技術壁壘。從競爭格局審視，海外品牌牢牢把控著高端市場，不過國內產品憑借性價比優勢正逐漸嶄露頭角。全球空心杯電機行業集中度較高，CR5 達 67%，Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor 及 Nidec Copal Corporation 等五家企業名列前茅。近年來，國內企業積極作為，鳴志電器、鼎智科技、拓邦股份、兆威機電、偉創電氣、禾川科技、萬至達等紛紛加速在空心杯電機環節的產業布局，全力推動國產替代進程不斷向前邁進，有望在未來打破海外品牌的優勢壟斷局面，重塑行業競爭格局，為人形機器人產業發展注入新的活力與動力。 資料來源：公開資料整理二、傳動環節特斯拉第一代傳動方案為腱繩加蝸輪蝸桿。如今，因行業手部靈巧手絲杠技術漸趨成熟，且特斯拉有提升單手承載力需求，手部運用絲杠傳動成為新趨向，有望提升人形機器人手部性能與負載能力。于人形機器人而言，絲杠的地位舉足輕重。鑒于摩擦特性差異，其被劃分為滑動、滾動、靜壓三類，它們從多方面支撐著機器人的運行，保障其精準、穩定地完成各類任務。國內絲杠廠商積極布局謀篇，新劍傳動建成首條行星滾柱絲杠產線，北特科技全力推進人形機器人絲杠規模化產線建設，五洲新春借核心技術向機器人執行器核心零部件領域轉型，且已完成絲杠送樣改進。貝斯特、恒立液壓等也涉足絲杠端布局。國內行星滾柱絲杠產業已現曙光，南京工藝、博特精工、新劍智能等廠商有了小規模生產能力，這為后續拓展市場、提升技術、助力高端制造業與人形機器人產業發展奠定了初步基礎，有望帶動產業集群崛起。
減速器在機器人系統里起著關鍵銜接作用，它一頭連著電機等動力源，一頭連著關節等執行機構，保證機器人的運行速度恰到好處。在人形機器人的肘、腕等關節上，減速器大顯身手，保障精準傳動與控制。其中，諧波減速器因小巧輕便、傳動效率高而常用于精細操作處，只是其成本較高。鑒于此，多數廠商在選型時，也會考慮行星齒輪箱，它有望憑借自身優勢成為諧波減速器的替代選擇，從而在成本與性能間達成更好平衡。全球諧波減速器市場呈現日系哈默納科一家獨大局面，其份額超 80%。國內該市場集中度亦較高，前五大廠商出貨量占比超六成，綠的諧波率先推動國產替代，來福諧波等企業也在積極布局。全球精密行星減速器市場被少數企業把控，德國企業如紐卡特等領先，日本新寶等也具較強競爭力，國內有科峰智能等廠商布局。RV 減速器可提升人形機器人操作精度，其市場格局集中，納博特斯克與雙環傳動 2023 年合計份額超 60%。國產 RV 減速器已取得初步替代成果，除雙環傳動外，珠海飛馬等企業在該領域也頗具實力，正逐步打破國外壟斷，在全球市場競爭中嶄露頭角，推動我國減速器產業在國際舞臺上不斷發展進步，為人形機器人產業提供更堅實的零部件支撐。
三、傳感環節在靈巧手的應用場景中，傳感器主要有內部與外部之分。內部傳感器聚焦于靈巧手姿態信息的反饋，運動傳感器和力/力矩傳感器是其主要類型，它們能精準提供關節角度、位置以及動態等信息，是靈巧手實現靈活且穩定抓取的關鍵要素。而外部傳感器則由接近覺傳感器和觸覺傳感器構成，其核心作用在于感知目標物體的位置與受力狀況，這些信息能有效提升靈巧手操作的成功率。可以說，靈巧的機器人手要達成自主操作與遠程操作中的位置控制、阻抗控制等方案，至少得配備一組力和位置傳感器，以此保障操作的精準性與有效性。
人形機器人的力覺體現在指、肢及關節運動時對受力的感知。其中，六維力傳感器維度最高，可輸出最全面精準的力覺數據。因其技術門檻高，能規模量產的企業寥寥無幾。當前，六維力矩傳感器市場以歐美、日韓品牌主導，ATI 堪稱行業翹楚。在國內，眾多廠商也積極布局，像宇立儀器、坤維科技等企業已在該領域嶄露頭角，它們不斷加大研發投入與創新實踐，有望逐步打破國外技術壟斷，提升我國在人形機器人力覺傳感器領域的競爭力與話語權。
在傳感器裝置領域，觸覺傳感器占據著較大價值量份額。當下，觸覺傳感器正處于發展初期，海外企業如 Canatu、Sensel、Flexpoint 等占據主導地位。不過，國內眾多企業也已積極投身該領域布局，像蘇州能斯達電子（漢威科技）等，它們正努力追趕國際先進水平，通過持續的技術研發與創新實踐，不斷提升產品性能與品質，逐步構建起國內觸覺傳感器產業的雛形，有望在未來打破海外企業的壟斷局面，為我國傳感器產業發展注入強大動力，促進相關產業的升級與跨越。03人形機器人靈巧手市場格局
近年來，國內廠商在靈巧手領域的布局進程顯著提速，呈現出一片蓬勃發展的景象。因時機器人堪稱行業先鋒，不僅最早在國內達成靈巧手商業化量產，還成功將價格降至萬元區間，其 RH56BFX、RH56DFX 以及 FTP 系列仿人五指靈巧手表現卓越。特別是 FTP 系列，作為工業級觸覺感知的佼佼者，能夠實時捕捉各部位觸覺信息，極大地優化了抓握動作，使操作精細度得以大幅提升。星動紀元的 Xhand 靈巧手憑借 12 個主動自由度與全驅動方案脫穎而出，指尖配備的觸覺傳感器更是為其精準操作增添助力。靈七智能的 DexHand021 意義非凡，作為國產首款量產高自由度五指靈巧手，19 個自由度與 23 個高精度傳感器賦予它高可靠性與廣泛兼容性，近乎能完美復刻人手 33 項功能動作中的 32 項。傲意科技的 ROHand 作為模擬人體手部運動的高靈敏度末端執行裝置，結構精巧，手掌、手腕、手指等部件協同運作，五個手指可依據外部指令獨立運動，靈活多變。帕西尼感知科技的 DexH13 GEN2 則獨樹一幟，是全球首款融合多維觸覺與 AI 視覺雙模態能力的四指仿生靈巧手，其雙手搭載的 1956 顆專業級 ITPU 多維觸覺傳感器及 7824 路觸覺信號解析能力令人驚嘆。兆威機電的靈巧手同樣實力不凡，通過獨創的關節全集成動力模組與仿生學原理精心打造，17 個主動執行單元，單指節 3 個及以上主動執行單元的配置，精準模擬人手抓握等精細動作，靈活性與精確度俱佳。并且，兆威機電與中國科學院深圳先進技術研究院深度合作成立“靈巧手智能系統聯合實驗室”，專注于研發具備自主學習能力的靈巧手智能系統，為行業發展注入強大動力。從整體態勢來看，靈巧手朝著更高自由度、高感知能力以及低成本方向邁進是不可阻擋的潮流，其在醫療、制造業、家庭服務等領域的應用前景充滿無限可能，必將為人們的生活和生產帶來深刻變革與諸多便利。
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