人形機(jī)器人關(guān)鍵零部件：行星滾柱絲杠全解析

 
     特斯拉人形機(jī)器人Optimus近期的ZUI新進(jìn)展主要是靈巧手技術(shù)的重大突破和量產(chǎn)計(jì)劃的推進(jìn)。靈巧手是人形機(jī)器人抓取物體的重要工具，其技術(shù)路線和配置方案直接決定了機(jī)器人在實(shí)際操作過程中的表現(xiàn)。當(dāng)前Optimus 70%左右的硬件已定型，未來一段時(shí)間有望主要圍繞靈巧手和部分關(guān)節(jié)進(jìn)行。因此也可以從靈巧手環(huán)節(jié)的變化來推測(cè)人形機(jī)器人整機(jī)的應(yīng)用端進(jìn)展。在人形機(jī)器人單機(jī)和靈巧手中，絲杠部分是價(jià)值量占比較高的部分。特斯拉人形機(jī)器人采用了近一半的直線關(guān)節(jié)執(zhí)行器，其中會(huì)用到單價(jià)較高、市場(chǎng)較小、量產(chǎn)難度高的行星滾柱絲杠。行星滾柱絲杠行業(yè)由于技術(shù)復(fù)雜且壁壘高，當(dāng)前還處在生命周期早期，是值得長(zhǎng)期跟蹤的人形機(jī)器人核心零部件環(huán)節(jié)之一。

01 絲杠行業(yè)概覽

      隨著人形機(jī)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(jìn)行傳動(dòng)成為一種發(fā)展方向。絲杠是將旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)互相轉(zhuǎn)化的傳動(dòng)元件，按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(chǎng)合。滾珠絲杠通過在內(nèi)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(diǎn)是制造成本相對(duì)較高，且對(duì)安裝和維護(hù)有一定的技術(shù)要求。滾柱絲杠采用滾柱代替滾珠作為滾動(dòng)體，在承受重載時(shí)表現(xiàn)出色。其中，行星滾柱絲杠是一種新型精密滾動(dòng)功能部件，具有尺寸小、推力大和精度高等優(yōu)點(diǎn)，是高承載、高轉(zhuǎn)速和復(fù)雜工況條件下機(jī)電伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的ZUI優(yōu)選擇。

02行星滾柱絲杠：人形機(jī)器人高價(jià)值環(huán)節(jié)

     行星滾柱絲杠通過螺母、滾柱、絲桿等零部件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人**運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵部件之一，也是人形機(jī)器人單機(jī)高壁壘和高價(jià)值量環(huán)節(jié)。以特斯拉Optimus為例，單個(gè)行星滾柱絲杠的單價(jià)約為2,000元/個(gè)，單臺(tái)人形機(jī)器人中行星滾柱絲杠的總價(jià)值在2.8萬(wàn)元以上。整體來看，在人形機(jī)器人中的價(jià)值量占比較高，盈利能力位居前列。根據(jù)特斯拉發(fā)布的相關(guān)資料顯示，其人形機(jī)器人直線關(guān)節(jié)選用行星滾柱絲杠傳動(dòng)。根據(jù)OptimusGen2的示意圖，特斯拉人形機(jī)器人直線關(guān)節(jié)總共選用14個(gè)行星滾柱絲杠。主要分布在機(jī)器人的大臂（2個(gè)）、小臂（4個(gè)）、大腿（4個(gè)）和小腿（4個(gè)）等部位，對(duì)應(yīng)其14個(gè)線性執(zhí)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(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)構(gòu)緊湊、重量更小，但加工要求更高。由于行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大和成本較高，目前還沒有得到廣泛應(yīng)用，因此行業(yè)還處于生命周期早期。

03行星滾柱絲杠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

      當(dāng)前行星滾柱絲杠單價(jià)仍高，工藝流程復(fù)雜且長(zhǎng)，同時(shí)精磨設(shè)備供給有限。從今年展會(huì)中各家展出的人形機(jī)器人來看，本體環(huán)節(jié)對(duì)于部件的方案選擇上，國(guó)內(nèi)較少企業(yè)采用價(jià)格更高且能帶來更好性能表現(xiàn)的行星滾柱絲杠。2023年中國(guó)絲杠市場(chǎng)規(guī)模25.7億，行星滾柱絲杠僅占4%，外資市占率達(dá)85%。從行星滾柱絲杠產(chǎn)業(yè)格局來看，海外具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
瑞士GSA公司是全球第YI大行星滾柱絲杠制造企業(yè)，在中國(guó)市場(chǎng)份額高達(dá)52%，占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要份額。
   特斯拉形機(jī)器人Optimus直線關(guān)節(jié)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(chǎn)商，*大的通用件廠商之一，在中國(guó)市場(chǎng)份額占比約26%。瑞典EWELLIX公司、德國(guó)舍弗勒、日本THK等也是具有實(shí)力的廠商。

Rollvis部分行星絲杠類型：

      由于行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)門檻高，目前國(guó)內(nèi)各公司以原有技術(shù)儲(chǔ)備為基礎(chǔ)，大多處于研發(fā)或小批量驗(yàn)證階段，廠商數(shù)量少，且競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散。根據(jù)公開的信息，目前已布局行星滾柱絲杠的主要企業(yè)有北特科技、恒立液壓、貝斯特、雙林股份、五洲新春、新劍傳動(dòng)、南京工藝、鼎智科技、KGG等。國(guó)內(nèi)在直線傳動(dòng)領(lǐng)域做的比較好的新劍傳動(dòng)，在其官網(wǎng)上展示出了在人形機(jī)器人上同特斯拉Optimus類似的絲杠選型應(yīng)用。恒立液壓通過定增募資20億元投入線性驅(qū)動(dòng)器項(xiàng)目，其中包括行星滾柱絲杠的生產(chǎn)。隨著人形機(jī)器人在應(yīng)用端測(cè)試成熟化，將對(duì)零部件提出更高要求，同時(shí)規(guī)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(guó)內(nèi)行星滾柱絲杠行業(yè)正處于成長(zhǎng)期，未來國(guó)產(chǎn)技術(shù)突破帶來的技術(shù)降本也有望形成對(duì)滾珠絲桿與梯形絲杠的向下替代邏輯。隨著人形機(jī)器人、航空航天和精密機(jī)床等**下游對(duì)行星滾柱絲杠的需求持續(xù)興起，行業(yè)供給端有望持續(xù)優(yōu)化。   

    行星滾柱絲杠的零件檢測(cè)，會(huì)用到英國(guó)TAYLOR HOBSON公司的輪廓儀和圓度儀。如需進(jìn)一步了解相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用，請(qǐng)通過下面方式聯(lián)系我們。 

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