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国金机械丨机器人灵巧手行业深度:机器人灵巧手的发展历程及未来发展方向探讨
每年58%
中线波段的老韭菜
2023-07-21 16:47:43

投资逻辑:

本篇报告聚焦机器人灵巧手,主要探讨灵巧手的演变历程、分类方式以及未来有可能的发展方向。


什么是机器人灵巧手?

综合机器人学和运动学理论,我们认为灵巧手是指数不少于3,自由度不低于9的末端执行器。

从技术角度看,自20世纪70年代以来,多指灵巧手的研究经历了三个阶段:(1)20世纪70年代——20世纪90年代,灵巧手开始搭载电机、腱绳等驱动器或传动系统部件,可以完成基本的抓持等动作。(2)20世纪90年代-2010年,受益嵌入式硬件的发展,灵巧手具备更高的系统集成度和更加丰富的感知能力。(3)2010年至今,通过欠驱动等结构设计来简化系统、提高鲁棒性是近十年灵巧手设计的重要方向。


机器人灵巧手有哪些类型?

根据驱动器位置分为驱动器内置、外置和混合置灵巧手,内置微型驱动器有望成发展方向。(1)驱动器外置具有外观设计拟人化、驱动器选型自由、可以采用更大的驱动电机等优势,但存在驱动器与手本体距离远,须借助腱绳连接、可维护性差等缺点。(2)驱动器内置利于传感器直接测量、利于更换维护,但通信和控制难度大,灵巧手尺寸偏大,关节灵活度下降。(3)驱动器混合置可以提高手指输出力矩、控制体积大小,但仍需借助腱绳传动。因此,在灵巧手内安装微型驱动器,既能保证传感器直接测量,又能减少灵巧手体积,有望成为未来发展方向。

根据驱动器类型分为电机驱动、气压驱动、液压驱动和形状记忆合金驱动,电机驱动是主流。(1)电机驱动具有标准化、稳定可靠、精度高、响应快、驱控一体等优势,是灵巧手主要驱动方式,缺点在于质量体积大、成本高。(2)气压/液压驱动灵巧手具有输出功率密度大、易于实现远距离控制以及输出力大等优点,但由于气压/液压的控制相对较难导致灵巧手运动过程不平稳,无法进行手指位置的精确控制。(3)形状记忆合金具有驱动速度快、负载能力强等优势,但存在疲劳和寿命问题。

根据传动方式分为腱传动、连杆传动、齿轮/蜗轮蜗杆传动(1)腱传动对手指关节远距离驱动,可以减小手指的尺寸,具有结构紧凑、研制灵活等优势,缺点在于控制精度不高、抓取力不大,腱绳易磨损。(2)连杆传动易于实现强力抓取、迟滞性较低,传动精确,但传动机构复杂,对零部件的制造精度要求高且拟人性不足。(3)齿轮/蜗轮蜗杆传动较为精密、传递效率高、稳定性好,但存在结构复杂,使灵巧手的惯性增大、自重增大的缺点。


灵巧手未来有哪些发展方向?

方向1:内置微型驱动器:可以避免因腱绳连接带来的设计难度大的缺点,同时利于传感器直接测量,方便维修。

方向2:多感知能力融合:利于提高灵巧手精细抓取能力和智能化水平,是未来灵巧手发展的另一重要方向。

方向3:多自由度:自由度是灵巧手灵巧性的决定因素,提升自由度是未来灵巧手的又一发展方向。


投资建议:

机器人灵巧手核心零部件包括伺服电机、传感器、减速器、滚珠丝杠等。考虑当前灵巧手零部件市场空间大,且随着人形机器人产业链发展成长前景较好,建议重点关注:空心杯电机领域的鸣志电器、拓邦股份、江苏雷利;传感器领域的柯力传感、汉威科技;减速器领域的绿的谐波、双环传动;滚珠丝杠领域的秦川机床、恒立液压。 


风险提示:

人形机器人发展不及预期,国产替代进展不及预期,行业竞争加剧。

作者利益披露:转载,不作为证券推荐或投资建议,旨在提供更多信息,作者不保证其内容准确性。
声明:文章观点来自网友,仅为作者个人研究意见,不代表韭研公社观点及立场,站内所有文章均不构成投资建议,请投资者注意风险,独立审慎决策。
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