灵巧手行业报告：基础执行向智能感知演进，高性能与成本优化并行

发布时间：2025-10-31 12:18 浏览量：1

灵巧手：集驱动、传动、感知于一体的高精度末端执行器

灵巧手是集多方面功能于一体的高精度末端执行器，能够在极限或者有害环境下替代人类进行复杂的操作任务，主要由驱动、传动、感知三大模块组成。人的双手经过长期劳动进化完美，可应用于不同场合完成不同工作任务，具备充分的泛化性。传统末端执行器具备结构简单、便于控制、适用于大范围负荷运动作业等优点，但是也存在通用性差、精度不足、可靠性欠缺等一系列缺点。灵巧手是集成驱动、传动、感知等多方面功能于一体的高精度末端执行器，能够在极限或者有害环境下替代人类进行复杂的操作任务，主要由驱动、传动、感知三大模块组成。从运动学的观点看，人形机器人灵巧手需满足两个条件：指关节运动时能使物体产生任意运动、指关节固定时能完全限制物体的运动，这意味着人形机器人灵巧手至少要3 个手指和 9 个自由度。

发展历程：产品演进五十余年，向更高仿生度、感知能力和轻量化方向迭代

灵巧手是机器人操作和动作执行的末端工具，行业演进五十余年，2010年后相关研究加速，目前正向更高仿生度、更强感知能力和轻量化方向发展。1974年，日本电工实验室研发的Okada灵巧手n1是严格意义上的第一款灵巧手，由3个手指组成，共11个自由度；20世纪80年代，灵巧手研究大幅增加，以斯坦福大学研发的Stanford Hand为代表，其具有3个手指9个自由度，单只手指采用4个电机驱动，并利用N+1腱传动结构控制N个自由度，同时能够保证腱具有正张力。2016年，华盛顿大学基于仿生设计原理研制出一款灵巧手，质量小于1kg，利用人造关节囊、韧带、肌腱和弹性滑轮结构设计，使得人手的韧带和关节特征得以复现，抓取也更加灵活可靠。2021年，韩国的科研团队研发了一种集成连杆驱动的灵巧手ILDA，共有15个自由度(20个关节)、34N的指尖力，结构紧凑，无须外置驱动部件，质量仅为1.1kg，在手指关节处安装有触觉传感器，具备感知能力，可以轻松抓取鸡蛋，并可完成剪纸、夹装芯片和挤压瓶罐等操作。整体来看，灵巧手产品在向更高仿生度、更强感知能力、轻量化的方向迭代。

设计结构：电驱为主流，传动方案及自由度尚未收敛

根据自由度与驱动源数量，可将灵巧手分为全驱动和欠驱动两大类，其中全驱动灵巧手灵巧程度更高但对手掌体积、安装提出更高要求，欠驱动灵巧手硬件集成度以及轻量化程度高，但存在功能性不足以及精巧控制能力存在提升空间等特点。全驱动灵巧手驱动源的数量与被控制灵巧手的自由度数量相等。每个手指关节都有驱动器，使其能够实现主动控制，在某种程度上能够像人手一样完成全部的动作指令甚至要求更高的灵巧动作。但是，全驱动也意味着需要更多的驱动器，会使手掌体积变大、安装困难、操作复杂。欠驱动灵巧手被控制的自由度多于驱动源的数目，缺少驱动源的部分则进行耦合随动。欠驱动手硬件集成度高，整体系统简洁高效、体积小、质量轻，便于进行动力学分析。但是，欠驱动机械手的高集成性一定程度上也是牺牲高自由度性能的结果，存在功能性不足的问题，尤其是对于精度要求比较高的手指精巧控制无法胜任。

市场空间：整机价值量占比或达17.98%，预计销量快速增长

灵巧手占据整机价值量或达17.98%，销量或以90% CAGR快速增长。目前业界将灵巧手视为解决人形机器人规模化落地应用“最后一厘米”的关键末端执行器，占据整机价值量或达17.98%。根据高工机器人产业研究所（GGII）数据，2024年中国机器人灵巧手市场销量约 0.57万只，预计到2030年，中国机器人灵巧手市场销量将有望突破34万只，2024-2030年CAGR约为90%。当前灵巧手行业仍处于起步阶段，随着材料、电机、传动、运控、传感等技术的持续进步与提升，灵巧手实质性产业化的拐点有望加快到来。

发展趋势:腱绳传动打破机器人灵巧手多重性能权衡的困境

腱绳具备轻量化、柔性化等优势。当前国内主流采用的连杆传动方案虽具备双向控制、耐用性强、制造维护便捷等优势，但其结构笨重、柔性不足、抗冲击性弱等固有缺陷正成为技术升级的瓶颈。常见传动方案中，腱绳传动是一种通过柔性肌腱实现动力传递的机器人灵巧手关节驱动方案。由于灵巧手对紧凑性的严苛要求，电机、减速器等大体积驱动组件难以集成到有限的手部空间内。腱绳传动可将驱动单元外置于前臂或机身，通过腱绳和滑轮结构将动力传递至手指关节。虽然腱绳传动具备轻量柔性等优势，但在实际应用中仍存在一定挑战：布线复杂、需配备张力感知机构，以及滑轮系统中的摩擦问题等，对性能表现带来一定影响。在高自由度设计中，系统体积和集成难度较大，例如Utah/MIT手需大量滑轮与独立驱动空间；而Pisa/IIT SoftHand虽简化驱动，却在精度上有所妥协。

腱绳主流应用材料为超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）。目前主流材料为超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE），具备超高强度（13倍于钢）、极低密度、优异耐磨性与化学稳定性。不过，长期处于辐射与机械载荷作用下会导致结晶度上升，从而影响韧性与摩擦学性能，限制其使用寿命与可靠性。因此，科研机构和企业正通过表面改性与复合工艺手段进行优化，推动其在高精度、高耐久场景下的可靠应用。此外，腱绳传动可根据每个关节驱动器数量分为N型、N+1型和2N型三种配置，适配不同自由度与控制策略。相较其他方案，其轻量化优势显著，同时支持欠驱动设计，能提升抓握灵活性与适应性。正因如此，腱绳传动被认为是当前最有可能突破灵巧手“不可能三角”（成本—系统参数—稳定性）限制的技术路径。目前该技术已广泛应用于机器人灵巧手及仿人机器人等领域，不同配置方案为开发者在自由度、紧凑性和控制精度等关键指标之间提供了多样化的选择空间。

发展趋势：传感器赋予多维感知能力，触觉、力觉传感器为高价值量方向

目前传感器方面的整体趋势是向多维度、高精度、高集成度、高延展性方向发展，高维力矩传感器和触觉传感器是传感器方面的当前研究重点。传感器是灵巧手的 “皮肤”和“神经系统”，它不仅赋予机器人感知外部环境的能力，还为其精细操作提供了关键信息支撑。灵巧手的传感器主要分为位置传感器、视觉传感器、力/ 力矩传感器、触觉传感器。

力/力矩传感器是一种能感知力、力矩并转换成可用输出信号的传感器，核心原理是将力作用下的形变转换成电信号，当有力/力矩作用时，力/力矩施加于传感器本体单元上，并引起本体单元的应变或形变，检测系统感知本体的应变或形变，通过电路将其转化为相应电压，通过测量电压值来表征力/力矩大小，并转换成可用输出信号，实现力/力矩的测量。人形机器人关节处使用单维力传感器，执行器末端主要使用六维力传感器，目前国内厂商主要处于提高测量精度及降本阶段。

触觉传感器的核心是 “感知交互”，主要任务是为获取对象与环境信息和为完成某种作业任务而对机器人与对象、环境相互作用时的一系列物理特征量进行检测或感知。本质上是将接触面形状、压力、摩擦力、温度等信息进行感知识别和转换的传感器，其组成部分包括电极、敏感材料和导电材料等。当下触觉传感器两种主要的技术路线：MEMS、柔性触觉传感器（电子皮肤）。

独立集成商:国内厂商于自由度、核心部件设计、感知等层面具备亮点

灵巧手独立集成商相较其他厂商整体更早推出成熟产品并且对外发售，其中，国外厂商发展较早，但产品售价较高，国内厂商产品在自由度、核心部件设计、感知等层面各有特点，单价普遍介于5-10万元之间。国外以Shadow Robot为代表，其系列产品广受NASA等全球顶尖机构认可，但售价较为昂贵。国内则以灵心巧手、因时机器人、帕西尼感知为代表，其中灵心巧手2024年产品一经推出就占据了国内高自由度灵巧手超80%市场份额，产品最高可达42自由度；因时机器人自主研发设计微型伺服电缸具备体积小、精度高、负载大、成本低等优势，2024年完成近2000台仿人五指灵巧手的交付。帕西尼感知于灵巧手电子皮肤领域发力，2024年WRC推出的DexH13 GEN2搭载了上千颗专业级ITPU多维触觉传感器以及800万高清AI手眼相机，在灵巧手多维触感方面处于业界领先水平。

本体厂商：由整机向灵巧手纵深推进，任务能力与结构控制协同演进

目前人形机器人本体厂商于近年推出自身本体产品后将研发重心拓展至灵巧手方向，且持续进行多自由度控制、结构设计、任务适用性等维度的迭代。海外代表企业为特斯拉推出的Optimus，灵巧手已迭代至第三代，手部自由度由原来的11个增加至22个，采用腱绳驱动的三级传动结构将执行模组与手指末端连接，有效兼顾了重量与灵活性。国内代表性厂商为智元、宇树、星动纪元、魔法原子，其中智元机器人2024年8月推出的19自由度视触觉灵巧手集成了高精度的MEMS触觉感知和视触觉感知技术，提升抓取、操作等任务中的精度和效率的同时为其在复杂环境中的自主决策和适应性提供了有力支持，此外，其灵巧手抓握力有明显提升（整手抓握5kg，自锁提拉30kg），能够轻松应对工业级的高负载工况。宇树科技推出的Dex5-1灵巧手通过全关节反驱+丰富触觉传感器设计，指尖重复定位精度达±1mm ，适合复杂曲面抓握任务。魔法原子主打高控制精度与高负载能力，通过自研关节模组和力位混合控制算法，MagicHand S01力分辨率最高可达0.1N可实现双指精细操作，满足如拧螺丝等工业高精度作业需求。星动纪元推出的XHAND1具备高可靠性（空载寿命可达百万次）的同时每指指尖120-300点的三维触觉信息采集能力。

多领域厂商：脑机控制与灵巧操作协同演进，赋能康复、工业与交互新场景

随着脑机接口与灵巧操作技术的融合发展，国内企业如BrainCo、傲意科技等，探索多种技术路径向康复、工业和具身交互等场景应用布局，兆威机电、雷赛智能凭借强大工业储备切入灵巧手赛道。BrainCo强脑科技依托非侵入式脑机接口技术，现已开发出具备高精度与实时控制能力的智能仿生手，支持截肢用户的直觉控制。其2025年5月推出的仿生灵巧手 Revo 2仅重383g，整手握力大于等于50N的同时可单手承载20kg，公司具备一定的跨领域适配能力。此前公司已于2020年向市场推出全球首款实现量产的脑控智能义肢。傲意科技以轻量化设计与高负载性能为特色， ROH-LiteS小手重量仅约457克，单指负载最高可达8kg。且依托医疗级仿生手的成熟供应链体系，公司成功将工业灵巧手的单台BOM降至万元以内。兆威机电与雷赛智能在微型驱动系统与运动控制方面具备深厚积累，兆威机电主打紧凑设计与高耐久性，雷赛智能主打高负载，其DH116灵巧手最大负载可达全球领先的40kg，自重仅490g，抓握寿命超100万次，在需要高批量、低成本的工业和商业自动化环境中具有显著优势。