>> 國盛證券-機械設(shè)備行業(yè)深度：機器人硬件拆解五，靈巧手傳動裝置解析-231123
| 上傳日期： |
2023/11/23 |
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| 973KB |
| 格式： |
pdf 共15頁 |
來源： |
國盛證券 |
| 評級： |
增持 |
作者： |
張一鳴 |
| 行業(yè)名稱： |
機械 |
| 下載權(quán)限： |
無限制-登錄即可下載 |
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腱繩傳動是最具應(yīng)用潛力的靈巧手傳動方案之一。機器人靈巧手從結(jié)構(gòu)和功能上參考人手，能夠靈活操作對象，實現(xiàn)對物體的靈活抓取，滿足多種工作需求。人手的自由度度超過20個，部分靈巧手（如Shadow hand、Allegro hand等）的自由度與人手接近，即具有20個或以上的自由度。靈巧手的常見傳動方式有腱繩傳動、連桿傳動、齒輪傳動、帶傳動等，其中腱繩傳動是最具應(yīng)用潛力的方案之一。腱繩在一定程度上模擬了人手的肌腱結(jié)構(gòu)，使得大型的驅(qū)動器遠離了執(zhí)行機構(gòu)，減輕末端的負載和慣量，提升了抓取的速度，靈活性大大提升。同時腱繩適用于空間狹小且需要驅(qū)動自由度數(shù)目較多的傳動場合，較連桿等傳動方式更節(jié)省空間，英國ShadowRobot公司推出的Shadow dexterous hand是目前最成熟的商品化多指靈巧手之一，其傳動方案便采用了腱繩傳動。此外，DLR/HITHand II、Hasy以及達芬奇手術(shù)機器人等代表性產(chǎn)品均采用了腱繩傳動。
繩驅(qū)對腱繩要求較高，鋼絲繩是較優(yōu)選擇。腱繩的機械特性、數(shù)量以及在手指中的路徑設(shè)計對于靈巧手的性能具有較大影響，腱繩需配合驅(qū)動方案進行選型。一般而言，靈巧手腱繩需要高強度與耐久性、抗蠕變、較小的折彎半徑、抗腐蝕、良好的柔韌性等，鋼絲繩沒有內(nèi)摩擦，且與滑動表面的摩擦系數(shù)較小，同時強度高，可提供較大承載力，是腱繩材料較優(yōu)選擇。從材料和工藝看，鋼絲繩常見的材料有碳素鋼絲繩、不銹鋼絲繩、鍍鋅鋼絲繩、合金鋼絲繩等，鋼絲繩通常用多股絞合形成線纜，以達到更優(yōu)的性能。手術(shù)機器人線繩與靈巧手工況類似，通常采用鎢鋼絲繩，具有優(yōu)異的斷裂強度和超長的循環(huán)壽命。
腱繩與傳動裝置一體化設(shè)計，價值量較高。受限于靈巧手空間結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部傳動方案需要做到高度集成，采用一體化設(shè)計可優(yōu)化手指內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，減小體積。從特斯拉AIDAY公布的細節(jié)來看，Optimus靈巧手使用較為經(jīng)典的六電機驅(qū)動方式，拇指采用雙電機驅(qū)動彎曲和側(cè)擺，其它四指各用一個電機帶動，傳動方面采用蝸輪蝸桿+腱繩機構(gòu)一體化設(shè)計。由于特斯拉Optimus尚處于開發(fā)階段，其靈巧手傳動方案后續(xù)可能會進行改進，如采用減速器替代渦輪蝸桿等。但由于靈巧手需要仿生人類手掌大小，因此預(yù)測特斯拉腱繩、減速器將保持一體化設(shè)計。
腱繩是機器人增量環(huán)節(jié)，高性能腱繩具備稀缺性，有望開啟十億級增量市場。從特斯拉靈巧手結(jié)構(gòu)看，單手共6個自由度，預(yù)計其中5個手指的彎曲自由度均采用線驅(qū)動，大拇指的側(cè)擺自由度推測是電機加減速器直驅(qū)，因此預(yù)計雙手有10個自由度采用線驅(qū)動。由于線驅(qū)動通常主動繩、連動繩搭配使用，因此預(yù)計特斯拉靈巧手單指手指使用2根腱繩。我們假設(shè)靈巧手單根腱繩價格在60元左右，則單臺機器人腱繩價值量約為1200元，100萬臺人形機器人銷量假設(shè)下，靈巧手腱繩市場空間達12億元，靈巧手腱繩有望開啟十億級增量市場。
風(fēng)險提示：機器人量產(chǎn)進度不及預(yù)期風(fēng)險；機器人供應(yīng)鏈不確定性風(fēng)險；持續(xù)研發(fā)投入導(dǎo)致虧損風(fēng)險。
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