從特斯拉Optimus到家庭機器人,腱繩如何拉動萬億傳動新趨勢?

財中社
05-19

慧博投研近日發佈研究報告,對機器人腱繩行業進行深度點評,其主要內容包括行業現狀、政策支持、應用案例、市場空間、產業鏈結構及相關公司佈局等。

報告指出,隨着人工智能與機器人技術發展,人形機器人從科幻走向現實,腱繩作爲靈巧手等關鍵部件的核心傳動方案,憑藉輕量化、高強度、高靈活性等優勢成爲行業焦點,其材料創新與應用影響人形機器人發展方向。

在行業概述中,靈巧手是人形機器人關鍵部件,包含驅動、傳動、傳感器和控制系統,機械傳動機構選擇至關重要。腱繩傳動通過模擬人體肌腱機制,由電機驅動滾珠絲槓,經腱繩拉動手指關節運動,具有佈局靈活、減輕末端負載等優點,對比齒輪傳動、連桿傳動,在靈活度和順應輕量化上更具優勢

主流腱繩傳動方案有N型、N+1型、2N型,各有特點。腱繩材料分爲不鏽鋼和高分子纖維,後者更廣泛,UHMWPE纖維和PBO纖維在強度、抗蠕變性能上優於芳綸、碳纖維等,其中UHMWPE纖維強度是優質鋼材15倍。

政策方面,國家和地方政府重視機器人靈巧手發展,《工業機器人行業規範條件(2024年版)》等政策推動機器人行業發展,帶動腱繩需求。

應用案例中,特斯拉Optimus三代靈巧手不斷迭代,從採用空心杯電機驅動+腱繩蝸輪蝸桿傳動到“行星齒輪箱+絲槓+腱繩”結構,自由度提升至22個;1X公司發佈的家庭服務機器人Neo Gamma,接入GPT-4,大量使用腱繩驅動,靈巧手具備20個自由度,爲C端應用做出範例。

市場空間上,人形機器人分爲5個能力等級,遠期有10萬億級別市場。腱繩單機價值量高,按22自由度靈巧手測算,單隻手需44根腱繩,雙手88根,40元/根,單機價值量約3520元,預計1000萬臺人形機器人出貨對應腱繩市場規模達352億元,且腱繩在全身關節等結構也有應用場景。

產業鏈方面,上游爲超高分子量聚乙烯纖維粉料、高強度鋼絲等核心原材料,中游爲腱繩製造與集成,涉及纖維編織、表面處理、傳動結構設計等,下游主要應用於人形機器人靈巧手、手術機器人及工業柔性抓取等領域。

UHMWPE粉料未來幾年新增產能多集中在中國,UHMWPE纖維是工業化的新型高性能纖維,需求量穩步增長,製備採取凍膠紡絲-超倍熱拉伸法,有幹法和溼法工藝。PBO纖維性能優異,日本東洋紡是全球工業化最成功企業,國內部分企業有小規模產業化能力。鋼製腱繩因缺點限制應用範圍。UHMWPE纖維行業市場集中度較高,國內企業逐步打破國際壟斷,PBO纖維國內發展進程有望加速。

多家上市公司佈局腱繩領域。南山智尚(300918)佈局UHMWPE纖維,適配特斯拉、小鵬等,已實現腱繩產品首單銷售、大業股份(603278)開發超細鋼絲繩,腱繩產品已實現營收、恆輝安防(300952)拓展超高分子量聚乙烯纖維在機器人腱繩的應用,新產能即將落地、同益中(688722)軍用級腱繩供應商,與下游廠商合作測試、聯泓新科(003022)推進UHMWPE裝置投產。

發展趨勢上,未來將提升腱繩材料強度和彈性、增強耐磨性和耐腐蝕性、實現更輕量化,並賦予材料抗菌防黴、導電、智能感知等功能。

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