结构件和骨骼总计占人形机器人总重量比例为20-50%。
当前人形机器人自重与性能挂钩,过高的自重会影响灵活度,无法满足精细化场景需求;同时会导致人形机器人关节处的电机及零部件负载压力过大,进一步影响用寿命。
当前轻量化势在必行,成为主流主机厂正在发力的方向。
人形机器人实现轻量化主要可通过结构优化、零部件替换、原材料替换三个角度出发。

结构轻量化:通过优化机器人结构形状、尺寸和拓扑来实现减重。例如,采用一体化关节、或者直接减少不必要的外观结构件。该方案无需更换材料,且具有成本低、易实现的优势。在机器人整机重量分布中,关节模组占比较大,结构件次之。
零部件替换:主要通过采用更高性能的产品实现,如采用更高效率和功率密度的电机,使得其能够在较小的体积和重量下输出较大的功率,进而降低所需电机数量。
材料轻量化:是人形机器人轻量化的核心路径之一,通过采用高强度轻质材料如铝合金、镁合金、高性能工程塑料等替代传统金属,主要替换部位为机器人外壳、精密零部件等,在保证结构强度的同时实现减重。
轻量化创新材料可以减少机器人在运动过程中的能量损耗。
高端工程塑料包含聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、热塑性弹性体(TPE)和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)等。
综合考虑市场空间、竞争格局、技术难度:PEEK>镁合金>尼龙。
对比通用金属材料,高性能特种塑料PEEK可以大幅度减小材料本身的自重。有望加速“以塑代钢”实现轻量化革命。此外,为了解决PEEK低温脆性问题,常用做法是PEEK与碳纤维复合。
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