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腱绳材料需求

华西证券2025年5月发布的灵巧手报告指出,腱绳是灵巧手传动系统的关键材料,在驱动器外置方案中能够利用有限空间进行远距离传动,是实现精细控制的核心环节。特斯拉Optimus新一代灵巧手需要通过腱绳实现更精细的控制。腱绳材料可分为钢丝绳和高分子纤维绳(超高分子量聚乙烯纤维UHMWPE为代表)两大类。UHMWPE纤维具备高强度、低蠕变性、耐磨损以及折叠不受损等特性,能够满足灵巧手动力传动的要求。南山智尚拥有UHMWPE纤维产能3600吨(已全面投产并满产满销),远期规划10000吨,产品性能对标国际领先企业,断裂强力≥40cN/dtex。大业股份研发机器人产业领域用特种钢丝。

腱绳:灵巧手精细控制的关键环节

腱绳传动是目前灵巧手研究中应用最为广泛的一种传动方式。与其他传动形式相比,腱绳传动的最突出优势在于它适用于远距离传动,在驱动器外置的腱驱动灵巧手指内,能够利用有限的空间进行远距离传动。腱绳排布灵活,适合空间狭小且需要驱动自由度数目较多的传动场合。

腱绳的传动方案对于腱驱动手指动力与运动的传递至关重要。主流腱绳传动方案有三种:N型(驱动N个自由度需N个驱动单元,N条腱绳)、N+1型(N+1个驱动单元,N+1条腱绳)、2N型(2N个驱动单元,2N条腱绳)。N型驱动器数目少但需预紧机构;N+1型腱绳数目少但单根负载大;2N型承载能力强、动态性能好但驱动器数目多。

特斯拉Optimus新一代灵巧手采用了腱绳传动方案以实现更精细的控制。国内灵巧智能DexHand 021也采用电机驱动+腱绳传动的方式。腱绳材料的性能直接影响灵巧手的传动精度、寿命和可靠性。

UHMWPE纤维:高强度低蠕变,满足灵巧手严苛要求

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)具备高强度、低蠕变性、耐磨损以及折叠不受损等特性,能够满足灵巧手动力传动的要求。在灵巧手应用中,腱绳需要在长期受力、频繁使用的情况下保持稳定的传动性能,UHMWPE纤维是理想的材料选择。

据2025年2月南山智尚在互动易(深交所)的回答,公司“目前拥有超高分子量聚乙烯纤维产能合计3600吨,远期规划10000吨,现有3600吨超高纤维均已全面投产并实现满产满销。其产品性能对标国际领先企业,在纤维强度(断裂强力达≥40cN/dtex)、耐磨性、轻量化等关键指标上达到国际水准”。

南山智尚同时表示,“目前国际某新能源公司及海外部分灵巧手公司采用的主流腱绳材料是UHMWPE。公司生产的纤维强度可以满足相关领域的应用,公司正关注机器人领域发展动态,同时精进超高分子量聚乙烯纤维生产技术工艺及新产品的研发,正积极推进机器人领域相关下游的应用”。2025年3月,公司进一步表示凭借产品的卓越性能与优势,已产生在手订单,实现从零到一的突破。

UHMWPE纤维全球供应格局以荷兰DSM(Dyneema)和美国Honeywell(Spectra)为主导,国内企业正加速追赶。南山智尚3600吨产能已达满产满销,远期规划10000吨,有望在灵巧手腱绳需求爆发时快速响应。

钢丝绳:手术机器人验证的成熟方案

钢丝绳也是腱绳传动的重要材料选择。钢丝绳没有内摩擦,且与滑动表面的摩擦系数较小,同时强度高,可提供较大承载力,是腱绳材料的较优选择。从材料和工艺看,钢丝绳常见的材料有碳素钢丝绳、不锈钢丝绳、镀锌钢丝绳、合金钢丝绳等,通常用多股绞合形成线缆。

手术机器人线绳与灵巧手腱绳类似,通常采用钨钢丝绳,具有优异的断裂强度和超长的循环寿命。以达芬奇(da Vinci)SP系统为代表的钢丝驱动型设计有较多系统采纳,十余股钢丝绳穿过手术工具内部的小孔牵拉实现关节的弯转运动,验证了钢丝绳在高精度、高循环寿命场景中的可行性。

2024年9月,据上证e互动,大业股份表示机器人产业领域用特种钢丝处于研发和市场拓展阶段。大业股份在钢丝绳领域具备技术和产能基础,有望切入灵巧手腱绳市场。

从投资角度看,腱绳材料环节关注:南山智尚(UHMWPE纤维3600吨产能满产,已产生灵巧手订单)、大业股份(机器人特种钢丝研发中)。随着特斯拉Optimus灵巧手采用腱绳传动方案的验证和国内灵巧手产品的量产推进,腱绳材料需求有望持续增长。
表:腱绳材料主要类型对比
材料类型代表产品优势代表企业
UHMWPE纤维Dyneema、Spectra高强度、低蠕变、耐磨损、折叠不受损南山智尚(3600吨产能)
钢丝绳钨钢丝绳、不锈钢丝绳无内摩擦、摩擦系数小、承载能力强大业股份(研发中)
点击阅读报告原文: 电新行业灵巧手:人形机器人核心执行末端-250527(41页)
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