一、人形机器人的量产规划与进展
量产时间规划:2025年被视为是人形机器人量产的元年,主流的国内外机器人主机厂如特斯拉、黑格尔、比亚迪、玉树、智源、小鹏等都有明确的量产规划,多数将达到千台及以上的量产规模,从2025年开始逐步进入到导入量产并应用于终端场景的过程。
近期量产进程:从今年Q2开始,国内外主机厂和上游零部件供应商将逐步进入量产进程。人形机器人在大小脑的软件端和硬件端都有显著进展和突破,例如本周菲戈尔发布的端到端大模型hex表现超预期。
硬件产业成熟度:之前被认为产业阶段早期的部分硬件,如丝杠和电子皮肤等,目前产业端已逐步有成熟方案,包括定价以及供应链上的合作协同。人形机器人板块在2025年面临从0到1的突破,从短期国内主机厂新进展到长期政策支持,其持续性和催化作用值得期待。
二、灵巧手的重要性与发展趋势
重要性体现:灵巧手是人形机器人板块中重要的独立硬件模块,是人形机器人实现对外交互的重要窗口,在集成难度、壁垒和价值量方面都非常重要,是重要的投资环节。目前灵巧手处在方案变更中,在满足一定边界条件下实现更高灵活性、抓握力和执行精度方面还有较大改进空间,尽管方案有收敛趋势,但潜在变化仍较大。
发展趋势方向:从发展趋势看,灵巧手朝着集成化多自由度方向发展,在小体积、低重量、低成本、耐用可靠的边界条件下,追求灵活性、抓握力和精度的持续提升。其硬件架构包括驱动系统、传动系统和感知系统,不同系统有着不同的发展特点和趋势。
硬件架构特点:在驱动系统方面,电机选择存在分歧,空心杯电机历史上到短期未来可能是灵巧手关节的重要选择,无刷无齿槽电机随着灵巧手架构变化用量有望提升。传动系统中,减速方案中短期类似刚需,微型丝杠和微型谐波减速器等随着产业推进有望广泛应用。感知系统重点把握六维力传感器和触觉传感器两大方向,六维力传感器价值量和壁垒高,中短期用于手腕部位,未来降本后单价有望从一两万降到1000 - 3000元左右;触觉传感器目前用于机器人手指尖提升作业精度,未来有望向更多部位拓展用量。
三、灵巧手驱动系统
驱动系统的作用与分歧:驱动系统是灵巧手的力量之源,主要用于产生运动和力。在产业端,其在驱动结构放置方式和方案选型上有多种技术路线,但最大分歧在于电机选型,是采用空心杯电机、直流无刷电机还是无框力矩电机。
驱动结构类型:根据灵巧手自由度和驱动源数量关系,驱动结构可分为全驱动和欠驱动,产业端基本以欠驱动为主,因为全驱动在体积、重量和经济性上存在劣势。根据驱动系统安装位置差异,又包括外置型、内置型和混合制方案,早期多为外置型,随着技术发展向内置型发展,但在灵巧手自由度提升趋势下,中短期外置或混合制方案可能是较好选择。
不同驱动方案比较:在具体方案选型上,有电机驱动、气压驱动、液压驱动和形状记忆合金驱动四大类,气压和液压驱动在运行精度和部件体积等方面存在劣势,应用较少,电机驱动在输出力矩、运行精度、响应速度和体积等综合方面最契合灵巧手需求,应用最广泛。在电机选型上,空心杯电机响应速度快、能量转换效率高,但在成本、良率和输出扭矩方面存在劣势;直流无刷电机响应速度和体积弱于空心杯电机,但使用寿命和成本更好,其用量在手部有望呈上升趋势。
四、灵巧手传动系统
主流传动方案及特点:传动系统是灵巧手分歧较大的环节,主流方案包括连杆传动、齿轮传动、丝杠传动等。连杆传动和齿轮传动在早期灵巧手中广泛应用,但在体积、柔性化程度和重量上存在劣势。丝杠传动可能是未来发展的主要方向,如特斯拉最新一款灵巧手采用该方案,其原理是将电机旋转运动化为直线运动,驱动器和执行器可保持较远距离,减轻负载和惯量,运行时柔性化程度高且腱绳占用空间少,但在使用寿命、负载力和精度上有改进空间。
新兴传动方向:传动部位有丝杠传动和减速器传动两个新兴方向。丝杠传动方面,丝杠将旋转运动转化为直线运动,在机床、新能源汽车等领域广泛应用,行星滚柱丝杠在承载力、运行精度、使用寿命和体积等方面有优势,此前是小众市场,国内主要由汉江机床和南京工艺供应,近年来国内很多厂商在产能上有突破,目前用于关节处的丝杠价格在1000 - 3000元左右,未来降本后手部丝杠单手价值量有望达3000 - 4000元以上。减速器传动方面,微型谐波减速器较其他方案在运行精度、体积和扭矩方面有优势,但技术成熟度低,哈姆拉克和绿地等企业积极研发,绿地推出针对手指关节的6毫米外径谐波减速器,哈姆纳科推出直径低至5毫米的微型谐波方案,但产业进展仍处于早期,手部微型谐波单价在2000 - 3000元左右,降本空间较大。
腱绳材料情况:腱绳材料可分为高分子材料和不锈钢材料,不锈钢材料综合性能偏弱,有望凭借经济性在机器人领域广泛应用;高分子材料在人形机器人中应用较多,包括迪尼玛和Spectra两类材料,综合性能在寿命和重量上更优但成本较高,目前机器人方案普遍采用22n方案,腱绳单根价格在50 - 100元之间,高分子材料价格在200 - 400元之间,南山智尚、大业股份和恒辉安防等企业在和国内主机厂持续对接,腱绳材料有望随性能提升而广泛应用。
五、灵巧手感知系统
感知系统的定位与发展趋势:感知系统是灵巧手接触外界环境信息的重要桥梁,帮助机器人做出更优决策,其发展趋势是从单一区域向多区域、从单一模态向多模态发展,如从力的感知向感知摩擦力、温度、质地等方向发展。根据感知区域划分,传感器分为内部传感器和外部传感器,内部传感器感知灵巧手自身状态,包括力矩、位置和弯曲传感器;外部传感器感知外部环境并反馈,包括接近觉传感器和触觉传感器。
力传感器情况:力传感器可分为一维力和六维力传感器,一维力传感器用于人形机器人关节模组处,六维力传感器壁垒和定价高,装在人形机器人手腕和脚腕部位帮助实现更强力控精度,从长周期看算法迭代可能减少其用量,但中短期在手腕和脚踝部位仍是重要产品。2022年国内六维力传感器市场规模在2 - 3亿左右,国内除海外ati外,以坤为宇力新京城等非上市公司为主,颗粒传感动画测试、安培龙和华培动力等企业在持续推进和改良方案,生产端标定设备等方面有明显突破。
触觉传感器情况:触觉传感器用于感知物件物性状态,柔性数据传感器由柔性材料制成,延展性和柔韧性好,在医疗、电子、机器人、3C等领域广泛应用,在灵巧手中应用呈上升趋势。从短期看可能用于手指指尖和手掌部位,未来有望向手臂、脚底、膝盖和头部等部位拓展用量。在竞争格局或供应链方面,汉威科技、福莱新材和帕西尼他山科技等企业深度推进,汉威科技和国内多家主机厂深入合作并有多次送样,今年上半年可能在人形机器人上实现出货,福莱新材和灵巧手供应商及主机厂有合作出货,其产品响应速度快,使用10万次后无明显衰减,在产品寿命和稳定性上有突破,柔性数据传感器单手价值量在1000 - 2000元之间。
六、投资建议
电机环节标的:建议关注电机环节的明智继电器、兆微继电器以及空心杯电机、无刷电机相关标的,如雷赛智能、鼎智科技、拓邦股份、伟创电气、合川、布科等。
减速器环节标的:减速器环节建议关注绿地谐波、双环传动以及包括中大力德、四林股份等在内的供应商。
丝杠环节标的:建议关注恒力液压、北特科技、双林股份、贝斯特、五洲新春、振宇科技等。
其他环节标的:减速环节建议关注大冶、大业股份;高分子材料相关供应商如南山智尚、恒辉安防、云中马;传感器环节建议关注科力传感、安培龙、敏芯股份、华培动力、汉威科技和福莱新材等。