国泰海通证券报告指出,轴承在机器人关节执行器的关节连接中应用广泛,适配的轴承类型丰富繁杂。谐波减速器通常使用交叉滚子轴承和柔性轴承;RV减速器使用薄壁角接触球轴承、薄壁深沟球轴承、薄壁圆锥滚子轴承;丝杠轴承固定侧常用角接触球轴承,支撑侧常用深沟球轴承。关节轴承(球面滑动轴承)在人形机器人手腕和脚踝处用量预计显著提升。本报告全面梳理机器人关节轴承的应用格局与受益方向。
谐波减速器轴承:交叉滚子+柔性轴承为核心
谐波减速器中通常使用1个交叉滚子轴承和1个柔性轴承。交叉滚子轴承为交叉圆柱滚子结构,滚动体互成90°排列在V型滚道中,可同时承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩,具有高刚性、高精度、复合承载能力,主要用于机器人小臂、大臂肩部等关节。柔性轴承(薄壁深沟球轴承)主要承受交变应力,由于凸轮长轴和柔性轴承内圈为过盈配合迫使轴承变形,是谐波减速器的关键部件,与普通轴承的主要区别在于内外圈厚度较小。特斯拉Optimus旋转执行器采用“电机+精密减速器”结构,谐波减速器轴承需求明确。
丝杠轴承:角接触球轴承+深沟球轴承分工协作
丝杠轴承根据安装方式不同选取不同轴承:固定侧通常采用组合式角接触轴承,支撑侧采用深沟球轴承。一端固定一端自由的安装方式中,固定端采用组合式角接触轴承,另一端无支撑;一端固定一端支撑方式中,支撑端为深沟球轴承;两端固定方式中两端均采用角接触轴承。角接触轴承可承受高轴向载荷,轴向刚度约为“一端固定一端支撑”方式的4倍,适用于高速回转、高精度场景。人形机器人线性执行器采用“电机+滚柱丝杠”结构,对丝杠轴承需求显著。
关节轴承:智元小米方案用量提升,龙溪股份受益
关节轴承(球面滑动轴承)是滑动轴承的一种,滑动接触表面为内球面和外球面,运动时可在任意角度旋转摆动。其优势在于载荷能力大、抗冲击、抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好,适用于速度较低的摆动运动和低速旋转。根据智元机器人专利,小臂上下两组直线关节通过两个关节轴承连接;小米专利采用两个鱼眼轴承连接两个连杆。随着更多的连杆及直线关节的应用,关节轴承需求有望显著提升。龙溪股份是国内关节轴承领先企业,产品涵盖六大类型、60个系列、1万多个品种,2024年至2025年3月人形机器人配套轴承产品收入已有130.25万元,获评智元机器人“优秀合作伙伴奖”。
电机轴承与灵巧手轴承:品类丰富需求广泛
电机常用轴承类型多样:球轴承是最常见类型,凭借径向和轴向承载能力及高速运转性能,常用于支撑电机转子和法兰;滚柱轴承可承受更高载荷与大径向负荷;圆锥滚子轴承适合处理较大的径向和轴向负荷,常用于电机轴承座和法兰之间的支撑。人形机器人灵巧手通常采用空心杯电机作为驱动装置,一般采用球轴承和滑动轴承。无框力矩电机是一种无外壳结构的永磁电机,不包含轴承结构。灵巧手自由度提升(Optimus Gen3达22个自由度)将显著增加微型轴承需求。
表3:机器人关节轴承品类与应用| 应用部位 | 轴承类型 | 核心特点 | 代表企业 |
|---|
| 谐波减速器 | 交叉滚子轴承、柔性轴承 | 高刚性、高精度、复合承载 | 国机精工、长盛轴承 |
| RV减速器 | 薄壁角接触球轴承、薄壁深沟球轴承 | 高精度、高刚性、输出平稳 | 国机精工 |
| 丝杠 | 角接触球轴承、深沟球轴承 | 高轴向刚度、高速回转 | 长盛轴承、龙溪股份 |
| 关节连接 | 关节轴承(滑动轴承) | 任意角度旋转摆动、高载荷 | 龙溪股份 |
| 电机 | 球轴承、滚柱轴承、圆锥滚子轴承 | 高速运转、承载能力强 | 长盛轴承、斯菱股份 |
| 灵巧手 | 球轴承、滑动轴承 | 微型化、高精度 | 长盛轴承、雷迪克 |