人形机器人灵巧手传动：腱绳材料分类及市场格局梳理

一. 人形机器人灵巧手

特斯拉Optimus Gen3发布22自由度灵巧手，使用了行星齿轮箱+丝杠+腱绳结构，主要有三大变化：

 （1）驱动器外置：后置集成于手臂，可放入更多的驱动器，提升灵巧手自由度。

（2）采用丝杠替代蜗杆：二者作用均是将旋转运动转变为直线运动，丝杠精度、负载、传动效率更高。

（3）采用腱绳替代扭力弹簧：采用一根单独的腱绳驱动，一端固定在指尖，另一端连接到执行器。

二. 灵巧手传动方式分类

灵巧手传动方式有连杆传动、腱绳传动、齿轮传动三种：

（1）连杆传动：多个连杆串并联混合的形式实现传动。

优点：传动效率高、刚度大、抓取力大。

缺点：结构复杂、体积大、重量大、柔性不足。

（2）腱绳传动：利用腱绳加上滑轮或软管实现传动。

优点：灵活度高、结构紧凑、柔性高。

缺点：精度不高、抓取力不大、易磨损。

（3）齿轮传动：使用微型谐波减速器带动齿轮驱动。

优点：手指动作相互独立、灵活度高、传动效率高、抓取力大。

缺点：结构复杂、重量大、故障率较高、成本高。

三. 腱绳传动原理

腱绳模拟了人手的肌腱结构，使得驱动器远离了执行机构，减轻末端的负载和惯量，灵活性大大提升。

在几大传动方式中，腱绳更节省空间，适用于空间狭小、且需要自由度数目较多的传动结构。

工作原理：电机通过齿轮箱带动丝杠，丝杠螺母拉动腱绳（包裹导管），腱绳另一端连接手指指骨，拉动手指绕关节轴旋转。

目前主流腱绳传动方案有三种： N型、N+1型、2N型，分别代表驱动N个自由度所需的驱动单元数。

其中，N+1型方案需要的腱绳、驱动器数量均较少，适用于人形机器人灵 巧手。

Optimus单只灵巧手具有22个自由度，其中17个可由空心杯给予，5个通过腱绳（若采用N+1，单只灵巧手共需要6根腱绳）。

四. 腱绳材料分类

腱绳材料用于连接和固定，通常由高强度材料制成，分为UHMWPE（超高分子量聚乙烯纤维）、钢丝两大类：

（1）UHMWPE：具有高强度、轻质、耐侵蚀等优质特性，其强度是钢材的15倍、尼龙66的4倍、碳纤维的2.6倍。

（2）钢丝绳：提供更大承载力，在传动效率、强度、摩擦系数方面有一定优势。

五. 腱绳材料市场格局

5.1 超高分子量聚乙烯纤维

全球UHMWPE头部厂商包括：荷兰DSM（Dyneema纤维）、美国Honeywell（Spectra纤维）、日本东洋纺（Tsunooga纤维）。

Dyneema、Spectra为目前主流产品，在机器人传动方案中应用较广。

国内方面，行业集中度较低，生产企业约20家，规模化企业相对较少，产品以中低端UHMWPE为主。

主要供应商包括：康隆达、千禧龙、同益中、九州星际、恒辉安防、南山智尚。

5.2 钢丝绳

国内主要供应商包括：贝泽精密、大业股份。

大业股份：主营胎圈钢丝、钢帘线、胶管钢丝；在机器人领域，正在进行特种钢丝的研发和市场开拓。

（转自：伏白的交易笔记）