1、人形機器人絲杠概述
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國人形機器人絲杠行業(yè)現(xiàn)狀深度研究與發(fā)展趨勢預測報告（2024-2031年）》顯示，絲杠是一種通過螺母、滾柱、絲桿等零部件將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的機構(gòu)。絲杠按結(jié)構(gòu)和工作原理可以分為滑動絲杠、滾珠絲杠、滾柱絲杠三大類?；瑒咏z杠的摩擦阻力較大，傳動效率較低；滾珠絲杠通過滾珠進行傳動，承載能力、傳動效率和精度高于滑動絲杠，使用壽命長；滾柱絲杠相較于滑動絲杠與滾珠絲杠，具備高承載能力、小體積、高精度等優(yōu)勢，是綜合性能最為優(yōu)異的絲杠品種。
絲杠主要分類
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類別 |
滑動絲杠 |
滾珠絲杠 |
滾柱絲杠 |
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特性 |
滑動絲杠結(jié)構(gòu)簡單、不復雜，安裝簡單方便，摩擦阻力較大，傳動效率較低。 |
傳動效率高，可消除軸向移動產(chǎn)生的間隙，定位精度高，剛度好，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度好。再次，旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，絲杠與螺母都可作為主動件，磨損小，使用壽命長。 |
結(jié)構(gòu)尺寸小、接觸線長、傳動間隙小，具有結(jié)構(gòu)尺寸小、承載能力大、傳動精度高等優(yōu)點。 |
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主要結(jié)構(gòu) |
螺母、絲桿 |
螺母、滾珠、絲桿 |
螺母、滾柱、絲桿、內(nèi)齒圈、保持架 |
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工作原理 |
通過螺紋將螺桿的旋轉(zhuǎn)運行變?yōu)槁菽傅闹本€運動。 |
螺紋之間放入滾珠，滾珠沿螺旋滾道滾動，帶動螺母或絲杠軸向移動。 |
通過螺紋與絲桿和螺母相互嚙合，自轉(zhuǎn)的同時圍繞絲桿公轉(zhuǎn)，完成行星運動，將電機傳遞的扭矩轉(zhuǎn)化為機構(gòu)的推力。 |
資料來源：觀研天下整理
根據(jù)滾柱絲杠結(jié)構(gòu)組成及運動關(guān)系的不同，可以分為標準式、反向式、循環(huán)式、差動式、軸承環(huán)式5種類型，其中標準式行星滾柱絲杠是應用最廣泛的類型，反向行星滾柱絲杠由于可將螺母作為電子轉(zhuǎn)子實現(xiàn)電機絲杠一體化，具備重量輕結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，未來有望應用于人形機器人領(lǐng)域。
行星滾柱絲杠主要類型及各自特點
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類型 |
結(jié)構(gòu) |
應用領(lǐng)域 |
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標準式 |
其中絲杠、螺母為三角形多頭螺紋，滾柱為具有一定螺旋升角的球形單頭螺紋，并在其兩端加工有直齒，內(nèi)齒圈固定在螺母兩端并與滾柱兩端的直齒輪嚙合。 |
一般情況下，絲杠為主動件，螺母為輸出構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)較大行程，適用于環(huán)境惡劣、高負載、高速等場合，主要應用于精密機床、機器人、軍工裝備等領(lǐng)域，是目前應用最廣泛的類型。 |
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反向式 |
其結(jié)構(gòu)形式與標準式類似，不同在于其沒有內(nèi)齒圈，絲杠兩端加工有直齒與滾柱兩端的齒輪嚙合，且螺母作為主動件，其長度比標準式的大得多。 |
一般情況下，反向式行星滾柱絲杠的螺母為主動件，絲杠為輸出構(gòu)件，滾柱、絲杠之間無相對軸向位移，其主要用于中小負載、小行程和高速的應用場景，其優(yōu)勢在于可將其螺母作為電機轉(zhuǎn)子實現(xiàn)電機和絲杠一體化設計，形成結(jié)構(gòu)緊湊的一體式機電作動器（C-EMA），C- EMA可替代傳統(tǒng)液壓、氣壓伺服作動系統(tǒng)用于航空、航天、船舶、電力等領(lǐng)域。 |
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循環(huán)式 |
相比于標準式，其去掉了內(nèi)齒圈，增加了凸輪環(huán)結(jié)構(gòu)，其功能類似于滾珠絲杠的返回器，目的是為了讓滾柱在螺母內(nèi)旋轉(zhuǎn)一周后回到初始位置，另外其滾柱上無螺紋、齒輪結(jié)構(gòu)，為環(huán)槽狀，環(huán)槽間距與絲杠、螺母的螺紋匹配，其安裝在具有凹槽結(jié)構(gòu)的保持架上。 |
增加了參與嚙合的螺紋數(shù)量，因此具有較高的剛度和較大的承載能力，主要應用于要求高剛度、高承載、高精度的場合，如醫(yī)療器械、光學精密儀器等領(lǐng)域。 |
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差動式 |
與標準式相比，其去掉了內(nèi)齒圈，滾柱上也沒有齒輪段。其滾柱、螺母均為環(huán)槽結(jié)構(gòu)，且滾柱的環(huán)槽分為多段，其中小中徑段與螺母嚙合，大中徑段與絲杠嚙合。 |
差動式行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)特點使其可以獲得更小的導程，適用于傳動比較大，承載能力較高的應用場合。 |
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軸承環(huán)式 |
軸其滾柱與循環(huán)式相同，為環(huán)槽結(jié)構(gòu)，相比于標準式，其螺母上去掉了內(nèi)齒圈，增加了殼體、端蓋及推力圓柱滾子軸承等部件。 |
軸承環(huán)式行星滾柱絲杠上的推力圓柱滾子軸承大大提高了其承載能力，同時也減小了各構(gòu)件間的磨損，增大了傳動效率，其主要適用于高承載、高效率等場合，如石油化工、重型機械等領(lǐng)域。 |
資料來源：觀研天下整理
2、人形機器人市場規(guī)模超千億，對絲杠需求量巨大
人形機器人作為人工智能領(lǐng)域中最受關(guān)注的分支之一，一直在追求更高的技術(shù)突破和應用領(lǐng)域的拓展。隨著人形機器人升級發(fā)展，人形機器人絲杠有望成為市場下一個超級風口。到2030年，全球人形機器人市場規(guī)模有望超過200億美元。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
同時，近幾年，我國出臺多項促進人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，率先進行大量的前瞻性技術(shù)布局，為我國人形機器人的發(fā)展打下了堅實的基礎，拓展應用領(lǐng)域，加快商業(yè)化進程。因此，在國家政策支持下，預計到2030年，我國人形機器人市場規(guī)模有望達約8700億元，對絲杠需求量巨大。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
我國人形機器人行業(yè)相關(guān)政策
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時間 |
政策 |
主要內(nèi)容 |
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2023.06 |
《關(guān)于開展2023年工業(yè)和信息化質(zhì)量提升與品牌建設工作的通知》 |
提升電子裝備、數(shù)控機床和工業(yè)機器人的安全性和可靠性水平,積極開展整機產(chǎn)品、零部件等對標驗證,持續(xù)推進工業(yè)機器人核心關(guān)鍵技術(shù)驗證與支撐保障服務平臺能力建設。 |
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2023.01 |
《“機器人+”應用行動實施方案》 |
提出到2025年，制造業(yè)機器人密度較2020年實現(xiàn)翻番,服務機器人、特種機器人行業(yè)應用深度和廣度顯著提升。聚焦10大應用重點領(lǐng)域，突破100種以上機器人創(chuàng)新應用技術(shù)及解決方案，推廣200個以上具有較高技術(shù)水平、創(chuàng)新應用模式和顯著應用成效的機器人典型應用場景。 |
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2022.08 |
《推進家居產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案》 |
推廣生活服務類機器人等產(chǎn)品研發(fā)應用。 |
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2022.06 |
《關(guān)于推動輕工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見》 |
升級創(chuàng)新掃地機器人等新興小家電、白酒釀造機器人等產(chǎn)品。 |
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2021.12 |
《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》 |
推動智能移動機器人、半導體(潔凈)機器人、協(xié)作機器人、自適應機器人等新型裝備的發(fā)展。 |
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2021.12 |
《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》 |
到2025年，我國成為全球機器人技術(shù)創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。-批機器人核心技術(shù)和高端產(chǎn)品取得突破，整機綜合指標達到國際先進水平，關(guān)鍵零部件性能和可靠性達到國際同類產(chǎn)品水平。機器人產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入年均增速超過20%。 |
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2021.10 |
《智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2021-2025年》》 |
攻關(guān)適用于家庭服務機器人的環(huán)境感知、腦機接口、自主學習等關(guān)鍵技術(shù):支持發(fā)展能夠提高老年人生活質(zhì)量的家庭服務機器人:重點發(fā)展外骨骼機器人，以及具有情感陪護.娛樂休閑、家居作業(yè)等功能的智能服務型機器人:鼓勵發(fā)展能為養(yǎng)老護理員減負賦能、提高工作效率及質(zhì)量的搬運機器人。 |
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2021.07 |
《5G應用“揚帆”行動計劃(2021-2023年)》 |
發(fā)展基于5G技術(shù)的服務機器人，不斷豐富5G應用載體。 |
資料來源：觀研天下整理
3、人形機器人絲杠行業(yè)發(fā)展前景廣闊，預計2030年將超過200億元
這一龐大的市場規(guī)模將為人形機器人絲杠行業(yè)帶來巨大的商機和發(fā)展空間。因此，做出以下假設：2025年特斯拉人形機器人有望量產(chǎn)，假設初期銷量增速較快，后續(xù)年增速逐步下降，2030年全球人形機器人銷量增長至130萬臺；假設單臺人形機器人配套14個直線關(guān)節(jié)，每個直線關(guān)節(jié)對應一個絲杠；假設2025年人形機器人單個絲杠價格為2000元，后續(xù)隨著規(guī)?；慨a(chǎn)成本持續(xù)下降，2030年單個絲杠價格同比下降5%。那么測算出，2025-2030年全球人形機器人絲杠市場規(guī)模將從1.4億元增長到249.5億元，5年復合增速高達182%。
2025-2030年全球人形機器人絲杠市場規(guī)模預測情況
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類別 |
2025年E |
2026年E |
2027年E |
2028年E |
2029年E |
2030年E |
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全球機器人銷量（萬臺） |
0.5 |
3.0 |
12.0 |
36.0 |
72.0 |
129.6 |
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全球機器人銷量YOY |
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500% |
300% |
200% |
100% |
80% |
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單臺機器人配套絲杠數(shù)量（個） |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
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滾柱絲杠需求量（萬個） |
7 |
42 |
168 |
504 |
1008 |
1814 |
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單個絲杠平均價格（元） |
2000 |
1800 |
1656 |
1540 |
1448 |
1375 |
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市場規(guī)模（億元） |
1.4 |
7.6 |
27.8 |
77.6 |
145.9 |
249.5 |
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市場規(guī)模YOY |
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440% |
268% |
179% |
88% |
71% |
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理（WYD）
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