2025年机器人行业系列报告之一:灵巧手:高灵活度末端执行器 OPTIMUSGEN-3将推动微型丝杠、腱绳&传感器需求扩张
核心观点
①灵巧手可模拟人手的各种灵巧抓取和复杂操作,智能化、灵巧化程度逐渐提升,未来有望随着人形机器人和AI 发展在工业、商业、航空航天、医疗等领域应用。②Optimus Gen-3 灵巧手预计拥有22 个自由度,将使用17 个线性执行器模块和腱绳模块。
根据我们测算,随着特斯拉推动人形机器人及灵巧手产业链成本下降,未来供应商的单价和利润率虽然会呈现下行趋势,但是可以以价换量实现市场空间的几何级增长,Gen-3 规格的灵巧手远期市场规模有望超千亿,微型丝杠、腱绳和传感器等零部件市场规模也将大幅扩张。
摘要
灵巧手是特殊的末端执行器,向智能化、高灵活度发展灵巧手是一种特殊的末端执行器,可模拟人手的各种灵巧抓取和复杂操作,实现与环境的良好交互。随着人形机器人和AI 发展,以灵巧手为代表的高性能末端执行器,得到持续的研发投入和广泛关注,有望应用在工业、商业、航空航天、医疗等领域。
灵巧手具有多种类型解决方案
①灵巧手驱动方案有电机驱动、液压驱动、气压驱动和形状记忆合金驱动等选择,目前以电机驱动为主流,具有控制精度大、输出力矩稳定等显著优点。②灵巧手传动方案有腱绳传动、连杆传动和齿轮传动等选择,其中腱绳传动适应远距离传动,可灵活布置,传动柔性,应用最为广泛。③根据自由度与驱动源数量,灵巧手有全驱动和欠驱动两种方案,欠驱动得益于更简单的结构设计、更低的成本,应用更多。④根据应用的材料和结构,灵巧手可分为机械灵巧手和人工肌肉灵巧手,机械灵巧手为目前主流方案,人工肌肉灵巧手柔性特点突出。⑤灵巧手未来在柔性感知、紧凑化和精密化、深度仿生、创新型方案设计方面有望继续优化发展。
特斯拉Optimus Gen-3 灵巧手的结构展望与市场空间测算Optimus 灵巧手复盘与前瞻:预计Gen-3 将有更多线性执行器和腱绳。从自由度来看,Optimus Gen-1 和Gen-2 灵巧手单手均拥有11 个自由度;Gen-3 灵巧手预计共有22 个自由度,其中灵巧手的食指、中指、无名指分别具有4 个自由度,拇指以及小指分别具有5 个自由度。从驱动系统零部件来看,Gen-1 和Gen-2 灵巧手单手使用6 个执行器模组+腱绳蜗轮蜗杆模块;Gen-3 灵巧手单手预计使用17 个线性执行器模块+腱绳模块。
Optimus 小臂复盘与前瞻:Gen-3 将更纤细,不再裸露线性执行器。Optimus Gen-1、Gen-2 和Gen-3 小臂线性执行器大体架构类似,但是在细节上略有不同。Gen-1 小臂线性执行器使用滑动丝杠,Gen-2 和Gen-3 则使用行星滚柱丝杠;Gen-1 和Gen-2 小臂线性执行器前后各有一个球关节且不固定在小臂上, Gen-3 的线性执行器预计固定在小臂上且使用连杆,为手腕处预留更多空间。
Optimus Gen-3 规格高灵活度灵巧手远期市场空间有望超过千亿。特斯拉有望推动人形机器人及灵巧手产业链成本下降,进而带动灵巧手需求增长。预计未来零部件供应商的单价和利润率虽然会呈现下行趋势,但是可以以价换量实现市场空间的几何级增长。以Optimus Gen-3 规格的灵巧手测算,当人形机器人整机产量达到500万台时,灵巧手市场规模将达到1087.3 亿元,微型丝杠、腱绳和传感器等零部件市场规模也将大幅扩张。
投资建议与关注
一方面,灵巧手是人形机器人与外界交互的重要执行器,随着特斯拉发布人形机器人量产展望,人形机器人灵巧手有望放量,微型丝杠、腱绳模块和传感器需求有望大幅增加。另一方面,灵巧手可以不依附人形机器人独立存在,能够有效替代电动夹爪等末端执行器,远期市场容量有望进一步扩大,越来越多的零部件供应商将切入灵巧手领域。
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风险提示
1)宏观经济和制造业景气度下滑风险;2)供应链波动风险;3)研发进展不及预期风险。