中國粉體網(wǎng)訊 當(dāng)下科技發(fā)展勢頭迅猛，人形機(jī)器人已不再是停留在構(gòu)想中的科幻元素，而是穩(wěn)步邁入現(xiàn)實應(yīng)用場景。其中，支撐靈巧手實現(xiàn)精準(zhǔn)動作的腱繩材料，正從行業(yè)內(nèi)的“小眾部件”走向大眾視野，憑借關(guān)鍵作用成為科技領(lǐng)域的新焦點(diǎn)。
機(jī)器人發(fā)展催生腱繩材料需求
靈巧手是賦予人形機(jī)器人操作能力的核心部件，其性能直接決定了機(jī)器人在復(fù)雜任務(wù)中的表現(xiàn)。傳統(tǒng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動方式，如扭力彈簧驅(qū)動，存在著體積大、響應(yīng)慢、能耗高以及靈活性不足等問題。為了實現(xiàn)更接近人類手部的靈活操作，模擬人體肌腱牽引機(jī)制的腱繩傳動應(yīng)運(yùn)而生。
腱繩傳動是使用類似人類手指的腱和繩索結(jié)構(gòu)，通過拉動或放松繩索來驅(qū)動手指的關(guān)節(jié)運(yùn)動。首先，由電機(jī)提供動力源，經(jīng)齒輪箱減速增扭后驅(qū)動滾珠絲杠；隨后，滾珠絲杠通過其配套的螺母，將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動高效轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動；在此基礎(chǔ)上，預(yù)先套設(shè)在螺母上的腱繩形成閉合腱環(huán)，當(dāng)螺母沿絲杠做直線位移時，便會同步拉動與靈巧手手指指骨相連的腱繩，最終帶動手指圍繞關(guān)節(jié)軸完成預(yù)期的轉(zhuǎn)動動作。
從性能優(yōu)勢來看，一方面，它能將體積和重量較大的驅(qū)動器與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手指）分離，大幅減輕末端負(fù)載與運(yùn)動慣量，有效提升靈巧手抓取動作的響應(yīng)速度和動態(tài)靈活性；另一方面，腱繩本身具備柔性特質(zhì)，傳動布局可根據(jù)空間需求靈活調(diào)整，尤其適用于靈巧手這類內(nèi)部空間狹小、且需要驅(qū)動多個自由度（多關(guān)節(jié)獨(dú)立運(yùn)動）的復(fù)雜傳動場景。
腱繩傳動結(jié)構(gòu)及原理 來源：《基于腱繩驅(qū)動的仿人靈巧手》（劉陽等）
技術(shù)迭代推動腱繩材料革新
腱繩作為動力傳遞核心部件，其性能直接決定設(shè)備運(yùn)行精度與壽命。隨著技術(shù)迭代加速，腱繩材料正經(jīng)歷從傳統(tǒng)到高性能的革新升級。
早期腱繩多采用尼龍、滌綸等常規(guī)高分子材料，雖成本低、易加工，但在反復(fù)牽拉中易出現(xiàn)拉伸形變，且耐磨性差，長期使用后傳動精度明顯下降，難以滿足高精度設(shè)備需求。隨后，鋼絲、不銹鋼絲繩開始應(yīng)用，其強(qiáng)度與剛性顯著提升，卻因重量大、易銹蝕，增加了末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載，限制了設(shè)備運(yùn)動靈活性。
如今，碳纖維復(fù)合繩、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纖維繩等新型材料成為主流。以UHMWPE纖維繩為例，其擁有卓越耐磨性與抗疲勞性，密度僅為0.97-0.98g/cm3，可漂浮在水面上，能夠滿足輕量化需求。
市場需求促使腱繩材料熱度飆升
隨著人形機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用場景的日益拓展，對腱繩材料的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。
以特斯拉Optimus為例，其新一代靈巧手采用了“行星齒輪箱+絲杠+腱繩”的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，22個自由度依賴17個線性執(zhí)行器模塊與腱繩協(xié)同實現(xiàn)精準(zhǔn)操控。跟據(jù)MarketsandMarkets數(shù)據(jù)，2024年全球機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模達(dá)12億美元，預(yù)計到2030年將增至120億美元，年復(fù)合增長率達(dá)45%。作為核心耗材的腱繩，其需求將隨著靈巧手滲透率的提升而呈現(xiàn)指數(shù)級增長。
Optimus 靈巧手采用腱繩傳動 來源：特斯拉
發(fā)展前景與挑戰(zhàn)并存
從市場規(guī)模來看，預(yù)計在未來幾年內(nèi)，隨著人形機(jī)器人及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，腱繩材料市場規(guī)模也將持續(xù)增長。
然而，腱繩材料行業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。技術(shù)替代風(fēng)險不容忽視，一旦碳納米管纖維等新型材料實現(xiàn)量產(chǎn)且成本降低到一定程度，可能對現(xiàn)有的UHMWPE纖維市場造成沖擊。人形機(jī)器人的量產(chǎn)進(jìn)程也存在不確定性，如果特斯拉Optimus等標(biāo)桿產(chǎn)品的產(chǎn)能不及預(yù)期，將直接影響腱繩材料的市場需求。此外，國際貿(mào)易壁壘也可能對企業(yè)的出口業(yè)務(wù)和全球市場布局造成阻礙。
但總體而言，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的持續(xù)釋放，人形機(jī)器人腱繩材料行業(yè)前景廣闊。在這場材料革命中，誰能率先突破技術(shù)瓶頸，滿足市場對高性能、低成本腱繩材料的需求，誰就能在激烈的市場競爭中搶占先機(jī)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的潮流。
參考來源:
劉陽.基于腱繩驅(qū)動的仿人靈巧手
國盛證券《機(jī)器人腱繩：滲透加速，重視超高分子量聚乙烯》
長江證券《腱繩傳動前景可期，高性能纖維打開空間》
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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