人形機器人關鍵零部件：行星滾柱絲杠全解析

 
     特斯拉人形機器人Optimus近期的ZUI新進展主要是靈巧手技術的重大突破和量產計劃的推進。靈巧手是人形機器人抓取物體的重要工具，其技術路線和配置方案直接決定了機器人在實際操作過程中的表現。當前Optimus 70%左右的硬件已定型，未來一段時間有望主要圍繞靈巧手和部分關節進行。因此也可以從靈巧手環節的變化來推測人形機器人整機的應用端進展。在人形機器人單機和靈巧手中，絲杠部分是價值量占比較高的部分。特斯拉人形機器人采用了近一半的直線關節執行器，其中會用到單價較高、市場較小、量產難度高的行星滾柱絲杠。行星滾柱絲杠行業由于技術復雜且壁壘高，當前還處在生命周期早期，是值得長期跟蹤的人形機器人核心零部件環節之一。

01 絲杠行業概覽

      隨著人形機器人靈巧手絲杠的日漸成熟，疊加特斯拉提升單手承載力的需求，手部采用絲杠進行傳動成為一種發展方向。絲杠是將旋轉與直線運動互相轉化的傳動元件，按設計結構角度分為梯形絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠。絲杠主要分類：

     梯形絲杠摩擦較大、承載力較弱，僅適合低成本、低精度的場合。滾珠絲杠通過在內螺紋與外螺紋之間嵌入滾珠大大減小摩擦阻力，不過滾珠絲杠的缺點是制造成本相對較高，且對安裝和維護有一定的技術要求。滾柱絲杠采用滾柱代替滾珠作為滾動體，在承受重載時表現出色。其中，行星滾柱絲杠是一種新型精密滾動功能部件，具有尺寸小、推力大和精度高等優點，是高承載、高轉速和復雜工況條件下機電伺服系統執行機構的ZUI優選擇。

02行星滾柱絲杠：人形機器人高價值環節

     行星滾柱絲杠通過螺母、滾柱、絲桿等零部件將旋轉運動轉換為直線運動，是實現人形機器人**運動控制的關鍵部件之一，也是人形機器人單機高壁壘和高價值量環節。以特斯拉Optimus為例，單個行星滾柱絲杠的單價約為2,000元/個，單臺人形機器人中行星滾柱絲杠的總價值在2.8萬元以上。整體來看，在人形機器人中的價值量占比較高，盈利能力位居前列。根據特斯拉發布的相關資料顯示，其人形機器人直線關節選用行星滾柱絲杠傳動。根據OptimusGen2的示意圖，特斯拉人形機器人直線關節總共選用14個行星滾柱絲杠。主要分布在機器人的大臂（2個）、小臂（4個）、大腿（4個）和小腿（4個）等部位，對應其14個線性執行器。

      此外，行星滾柱絲杠中絲杠上游選用的  材料多為合金結構鋼，螺母和滾柱選用的材料為高碳鉻軸承鋼；零部件包括絲杠、螺母等關鍵部件。分類來看，行星滾柱絲杠可以分為五類，其中反向式結構緊湊、重量更小，但加工要求更高。由于行星滾柱絲杠結構復雜、加工難度大和成本較高，目前還沒有得到廣泛應用，因此行業還處于生命周期早期。

03行星滾柱絲杠市場競爭格局

      當前行星滾柱絲杠單價仍高，工藝流程復雜且長，同時精磨設備供給有限。從今年展會中各家展出的人形機器人來看，本體環節對于部件的方案選擇上，國內較少企業采用價格更高且能帶來更好性能表現的行星滾柱絲杠。2023年中國絲杠市場規模25.7億，行星滾柱絲杠僅占4%，外資市占率達85%。從行星滾柱絲杠產業格局來看，海外具備先發優勢，國內企業正在加速實現國產替代。
瑞士GSA公司是全球第YI大行星滾柱絲杠制造企業，在中國市場份額高達52%，占據國內市場主要份額。
   特斯拉形機器人Optimus直線關節為反式行星滾柱絲杠，使用的是瑞士GSA制造的RGTI 12.8。瑞士ROLLVIS公司是全球第ER大行星滾柱絲杠生產商，*大的通用件廠商之一，在中國市場份額占比約26%。瑞典EWELLIX公司、德國舍弗勒、日本THK等也是具有實力的廠商。

Rollvis部分行星絲杠類型：

      由于行星滾柱絲杠結構復雜，技術門檻高，目前國內各公司以原有技術儲備為基礎，大多處于研發或小批量驗證階段，廠商數量少，且競爭格局較為分散。根據公開的信息，目前已布局行星滾柱絲杠的主要企業有北特科技、恒立液壓、貝斯特、雙林股份、五洲新春、新劍傳動、南京工藝、鼎智科技、KGG等。國內在直線傳動領域做的比較好的新劍傳動，在其官網上展示出了在人形機器人上同特斯拉Optimus類似的絲杠選型應用。恒立液壓通過定增募資20億元投入線性驅動器項目，其中包括行星滾柱絲杠的生產。隨著人形機器人在應用端測試成熟化，將對零部件提出更高要求，同時規模化降本后，行星滾柱絲杠的方案滲透率有望提升。整體來看，國內行星滾柱絲杠行業正處于成長期，未來國產技術突破帶來的技術降本也有望形成對滾珠絲桿與梯形絲杠的向下替代邏輯。隨著人形機器人、航空航天和精密機床等**下游對行星滾柱絲杠的需求持續興起，行業供給端有望持續優化。   

    行星滾柱絲杠的零件檢測，會用到英國TAYLOR HOBSON公司的輪廓儀和圓度儀。如需進一步了解相關產品及應用，請通過下面方式聯系我們。 

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