1.1 灵巧手：人形机器人末端执行的核心部件
灵巧手作为人形机器人重要的末端执行器，直接决定机器人的工作效率和性 能。末端执行器是机器人与环境交互的最终执行部件，其性能直接决定机器人的工 作能力、柔性和易用性。 按照应用领域不同，末端执行器一般分为工业机械手和人形机器人灵巧手： 1）工业机械手，结构简单、控制边界清晰，但自由度有限（通常≤6 自由度） 且一般缺乏传感器配置，难以实现精确力控（力控精度＞0.5N）与位置控制，多 用于专业化产线的重复任务。工业机械手多为两指夹持器或三指夹持器，可用于部 分指面抓取运动，但灵活性差、无法抓持复杂目标和对目标物体实施具体操作； 2）人形机器人灵巧手，通过多关节仿生设计（主流 12-22 个自由度）和全域 感知系统，突破工业机械手的局限，可模拟人手完成强力抓取、精准拿捏（力控精 度达 0.01N）等复杂动作，趋势是深度仿人，以适应类人工作环境。当前主流为多 关节抓握手和多指灵巧手，其中多关节抓握手一般具有 3-4 个手指，且手指上设 置多个被动关节，可执行部分依赖指面的指面抓取和强力抓取动作；多指灵巧手多 为 3 个及以上手指和多个自由度，凭借多自由度手指以及拇指额外的内/外旋运动 可以良好实现强力抓取、精准捏取、中间抓取，实现与环境的良好交互。
1.2 发展史：更集成、更灵活、更智能
20 世纪 70 年代以来，灵巧手不断向更集成、更灵活、更智能方向发展。1974 年，日本电工实验室研发的 Okada 灵巧手是严格意义上的第一款灵巧手，该手为 三指灵巧手，共有 11 个自由度，可以进行连续平滑的抓取运动； 20 世纪 80 年代以来，得益于计算基本技术的快速发展，灵巧手的设计也更 加集成化，并配备了更复杂的驱动系统和更多自由度，如美国的 Robonaut 手与 Stanford 灵巧手，其中美国 NASA 研发的 NASA Robonaut 手具有 5 指，共 14 个自由度，控制性能较强。整手共有 43 个传感器，构型方面与人手相似，具有冗 余关节，抓取适应性提高； 21 世纪以来，灵巧手的集成化、灵活度、智能化程度持续提升，同时国产灵 巧手研究也开始发力，比较有代表性的有北航研制的 BH 系列灵巧手与哈工大的 HIT/DLR-II Han 灵巧手，其中 HIT/DLR II 手由哈尔滨工业大学联合德国宇航中 心研制，采用体积小、重量轻的盘式电机驱动和谐波减速器＋齿形皮带的传动方案， 重量仅 1.5Kg； 近 5 年来，灵巧手研究速度大幅加快，特斯拉于 2022 年推出 Optimus 系列 灵巧手，设计更加集成，后持续迭代并逐渐成为人形机器人行业标杆；国内如宇树 科技、灵巧智能等也相继推出自己的灵巧手产品。
灵巧手研发持续提速，国内进展速度快于海外。我们梳理 1974 年来全球机器 人灵巧手的主要开发情况如下： 1）从参与者来看，灵巧手开发商主要包括研究机构和企业两种类型，早期以 研究机构（主要为大学）为主，近年来随产业需求提升及行业规模化进程临近，更 多企业参与到灵巧手开发中； 2）从研发时间来看，海外研究较早、参与者数量多，并于 2000-2010 年间 海外迎来一轮灵巧手产品快速扩张，2022 年后特斯拉推出灵巧手产品并逐渐成为 行业标杆，海外企业及机构技术能力积累实现较长，优势显著；中国灵巧手行业起 步较晚，2020 年后才迎来行业小幅增长，但近 5 年来发展速度快于海外，随产业 需求提升，中国灵巧手有望后来者居上、并有望在行业规模化进程中扮演重要角色； 3）从产品性能来看，灵巧手手指多仿人手、以 5 个手指产品为主；关节数量 与自由度相差较大，其中单手关节数量和自由度主要集中在 10-22 个，近年来随 技术发展及需求丰富，关节数量和自由度整体呈现提升趋势；驱动和传动方式上技 术类型多样，其中驱动方式主要集中在电机驱动和腱驱动，电机驱动有望成为主流 驱动方式，传动方式多集中在连杆、齿轮、滑轮和腱绳驱动，技术路线尚未收敛。 展望未来，我们认为随人形机器人本体量产加速，灵巧手预计迎来新一轮产品 扩张期，海外特斯拉及国内宇树科技等人形机器人本体厂、国内灵心巧手等灵巧手 企业有望引领行业发展。产品性能端，我们预计未来手指数量或以 5 个为主、关 节数量及自由度数量或以 15 个及以上为主、驱动方式或以电驱为主、传动形式或 以连杆及腱绳驱动为主、灵巧手承载重量逐渐提升。
1.3 重点公司：灵巧手产品持续迭代 特斯拉引领技术发展
1.3.1 特斯拉：发布 3 年来多次迭代 逐渐成为行业标杆
特斯拉 Optimus 灵巧手原型机 2022 年首次发布，引领灵巧手行业发展，逐 渐成为行业标杆。2022 年 9 月，特斯拉 AI Dday 正式推出人形机器人 Optimus， 第一代灵巧手采用五指结构设计，通过电动驱动与金属腱绳传动实现自适应抓握 功能，其手部共配备 11 个关节、6 个主动自由度；2023 年 12 月，马斯克发布 Optimus 第二代，每个手指均配备触觉传感器，能够完成捏鸡蛋、抓取细小物体 等高精度操作，拓展应用场景边界；2024 年 10 月，特斯拉发布第三代灵巧手， 其拥有 17 个主动自由度+5 个被动自由度，采用电机+丝杠+绳驱传动方案，是当 前最先进的灵巧手产品之一。
全新一代灵巧手拥有 22 个自由度，采用电机+丝杠+绳驱传动方案。Optimus 副总裁 Milan Kovac 表示，全新灵巧手有 22 个自由度，手腕/前臂有 3 个，年底 前新灵巧手仍需进行改进，方向包括扩展触觉传感集成（比之前的双手覆盖面积更 大）、通过肌腱进行非常精细的控制、减轻前臂重量等。Optimus 新灵巧手具体传 动方案尚未公开，参考外观类似的灵巧手方案，我们预计 Optimus 新灵巧手采用 微型丝杠+腱绳进行传动，由微电机进行驱动。
1.3.2 Shadow Robot：灵巧手领域的先驱
英国 Shadow Robot 公司早于 2004 年推出商用拟人手，是现存企业中最早 研发灵巧手的企业。Shadow hand 经过二十年的不断迭代升级，当前最新版本的 Shadow Dexterous Hand 是世界上最先进的 5 指机械手之一。其拥有 24 个自 由度，其中 20 个由电机驱动，4 个欠驱动；该手有电动机驱动和气动肌肉驱动两 种型号；每只手具备 129 个内置传感器，手的每个关节都集成了霍尔效应传感器， 可实现与人手相当的力输出和运动精度。
1.3.3 灵心巧手：专注于高自由度技术的国内公司
灵心巧手是一家专注于高自由度灵巧手技术的公司，是国内最先进的灵巧手 技术公司之一。公司 Linker Hand 系列产品主打高自由度与高性价比，其最新产 品 Linker Hand L30 直驱版是具备 22 个全主动自由度的高性能灵巧手，拥有国 内灵巧手最高的自由度，可以模拟接近人手的自然抓取方式，能够实现更丰富、更 精细的操作。
1.4 小结：海外研究引领 高自由度为主要路径
灵巧手是人形机器人未端执行核心部件，通过多关节仿生设计与全域感知， 实现更高精度、更强适应性的抓取与操作。自 20 世纪 70 年代以来，灵巧手朝更 集成、灵活、智能方向发展，相比于海外起步早、积累深，国内近五年进步迅 速。特斯拉 Optimus 灵巧手自 2022 年首发以来持续迭代，至 2024 年已具备 22 个自由度，引领行业技术标杆；ShadowRobot、灵心巧手等也在高自由度、 高精度方面取得突破，共同推动灵巧手向更智能、实用方向迈进。
灵巧手的技术路线主要从四个维度展开： 1）自由度，自由度是衡量灵巧手灵活性的核心指标，根据关节独立控制需求 的不同，当前主流方案可分为全驱动结构和欠驱动结构两类； 2）驱动方式，驱动系统主要为机器人提供动力源，按照动力类型可分为液压 驱动、电机驱动、气压驱动和形状记忆合金驱动方式； 3）传动方式，传动系统将动力转化为关节运动，决定了灵巧手的稳定性与灵 活性，根据驱动方式不同，主流方案包括线绳传动、连杆传动或齿轮/蜗轮传动； 4）感知技术，感知系统主要为灵巧手提供环境交互反馈，分为监测自身状态 的内部感知与感知环境的外部感知。这四个维度共同构成从机械结构到智能交互 的完整技术链条。
2.1 自由度：单部位独立运动方向数 欠驱动或成为主流
自由度是指一个部位可以独立运动的方向数。人手（五指+手腕）共计具有 24 个自由度。其中拇指端具有 5 个自由度，包括指间关节（1 个）、掌骨关节（2 个）、 掌骨和小腕骨指间关节（2 个）主要完成屈曲和对握功能；其他手指均具有 4 个自 由度，包括远指关节（1 个）、中指关节（1 个）、掌骨关节（2 个）主要完成屈曲 和伸展功能；腕部 3 个自由度，含腕的外展、腕的曲度、掌的弧度，可以实现伸展 和侧摆动作。全驱动灵巧手则是原动机数量与被控制灵巧手的自由度数量相等，欠 驱动灵巧手驱动源的数量少于被控制的灵巧手自由度，没有驱动源的关节进行耦 合随动，具备高实用性、高性价比的特点，我们认为欠驱动或逐渐成为人形机器人 灵巧手的主流方案。
特斯拉最新一代 Optimus gen3 共配备 22 个自由度。其中大拇指配有 5 个 自由度；食指、中指、无名指、小拇指分别配有 4 个自由度；手腕处再配有 1 个 自由度，单个灵巧手合计配有 22 个自由度，仅比人手整体少 2 个自由度。
2.2 驱动系统：灵巧手的动力心脏 电机驱动为主流方式
驱动系统为灵巧手的动力心脏，电机驱动为当前主流方式。灵巧手驱动方式主 要包括 4 种：液压驱动、电机驱动、气压驱动、形状记忆合金驱动，四种驱动方式 各有优缺点，适用于不同的使用场景。但是从商业化的角度来看，电机驱动凭借其 体积小、效率高，调控方便、成本较低、精度高、响应迅速、输出力矩稳定等优点， 我们认为电机驱动或逐渐成为人形机器人灵巧手的主流方案。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
