中國粉體網(wǎng)訊 人形機(jī)器人，融合了人工智能、自動化控制與仿生技術(shù)，外形模仿人類，具備行走、抓握、交互能力，在制造業(yè)、服務(wù)業(yè)及科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。近年來，人形機(jī)器人正從實驗室走向商業(yè)化，成為智能社會的重要組成部分，2024年被譽為“人形機(jī)器人覺醒之年”。高盛預(yù)測，到2035年，全球人形機(jī)器人市場規(guī)模將達(dá)380億美元，出貨量預(yù)計達(dá)140萬臺。
根據(jù)工信部《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，可以將人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分為大腦（感知、決策、人機(jī)交互）、小腦（運動控制）和肢體三個方面。發(fā)展人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈需要攻克人工智能算法、先進(jìn)傳感器、輕質(zhì)高強(qiáng)材料等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，必將帶動相關(guān)技術(shù)加速突破和進(jìn)步。
人形機(jī)器人上、下游產(chǎn)業(yè)鏈（圖源：徐程浩等）
人形機(jī)器人作為技術(shù)尖端產(chǎn)物，核心構(gòu)造有線性執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和靈巧手。這三大執(zhí)行器約占人形機(jī)器人零部件的73%，是構(gòu)建人形機(jī)器人的重要基石。這些執(zhí)行器的精密運作依賴于一系列高精度零件，包括絲杠、電機(jī)、減速器、傳感器、軸承等。
人形機(jī)器人核心零部件（圖源：徐程浩等）
結(jié)合人形機(jī)器人的核心構(gòu)造及高精度零部件，我們一起來了解其可能會用到哪些金屬材料。
稀土磁材：無框力矩電機(jī)及空心杯電機(jī)核心材料
無框電機(jī)屬于伺服電機(jī)的一種，是驅(qū)動人形機(jī)器人執(zhí)行器工作的動力來源。無框電機(jī)消除了傳統(tǒng)電機(jī)的鐵芯，結(jié)構(gòu)緊湊小巧，可實現(xiàn)更高的功率密度，具有低能耗和低摩擦的特點。
科爾摩根無框電機(jī)
空心杯電機(jī)屬于直流永磁的伺服電機(jī)，是一種微特電機(jī)（尺寸不超過40mm）�？招谋姍C(jī)體積小、高效、低噪音，具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運行特性，技術(shù)先進(jìn)性十分明顯。
第三代稀土永磁材料釹鐵硼，為人形機(jī)器人中重要核心零部件無框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)的核心材料，在所有材料中價值量占比較高，其作用主要為電產(chǎn)生磁場，從而與線圈相互作用，實現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。
寧波韻升伺服電機(jī)用永磁轉(zhuǎn)子組件
釹鐵硼永磁材料具有高磁能積、高矯頑力、體積小、質(zhì)量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)的特性，其中高性能釹鐵硼具有極高的尺寸精度，磁性均勻性和一致性好，易加工成各種形狀尺寸，特別適用于高功率、高磁場領(lǐng)域以及小型化、輕量化的各種產(chǎn)品。在人形機(jī)器人輕量化、體積小的要求下，高性能釹鐵硼有望成為電機(jī)永磁材料的最優(yōu)解。
鋼材：諧波減速器的主要材料
諧波減速器是旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的核心部件。諧波減速器由波發(fā)生器、柔輪、剛輪組成，其工作原理是利用波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。
綠的諧波減速器
諧波減速器主要由鋼材制成。柔輪材料基本為40Cr合金鋼，40Cr是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它具有較好的淬透性、回火穩(wěn)定性和抗腐蝕能力。剛輪材料國內(nèi)廠家一般使用工具鋼或鑄鋼，而日本哈默納科則采用球墨鑄鐵。波發(fā)生器由柔性軸承和凸輪組成，其材質(zhì)采用工具鋼或碳鋼。
在碳鋼的基礎(chǔ)上添加鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不致脆化。含鉻特鋼用于行星滾柱絲杠、諧波減速器中，使這些部件的強(qiáng)度、耐磨性等性質(zhì)得到整體增強(qiáng)。此外，人形機(jī)器人外殼也可使用含鉻涂層，以提高表面亮度和硬度。
鋁合金、鎂合金：人形機(jī)器人輕量化材料
肢體骨骼是支撐人形機(jī)器人進(jìn)行各種行動的基本框架，其應(yīng)用場景包括外殼材料、脊椎、大臂、小臂、大腿、小腿等結(jié)構(gòu)件。目前人形機(jī)器人肢體骨骼的常用材料包括鋼材、鋁合金、鎂合金、碳纖維等。
其中鎂合金具有較多優(yōu)點：其密度僅為1.8g/cm3，在所有結(jié)構(gòu)用合金中最輕；比強(qiáng)度、比剛度高，為一般塑料的10倍；耐振動性好；電磁屏蔽性佳，鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過100db的電磁干擾；散熱性好，比熱與水接近，是常用合金中最高者。
工裝刀具：銅鍍層絲與硬質(zhì)合金刀具
在諧波減速器的制造工藝中，慢走絲工藝主要使用銅鍍層絲，而滾插齒工藝則使用工具鋼刀具或硬質(zhì)合金刀具；在行星滾柱絲杠的制造工藝中，磨削工藝主要使用傳統(tǒng)的剛玉砂輪及CBN砂輪材料，車削工藝中車刀使用材料包括高速鋼、硬質(zhì)合金、超硬材料三類。
參考來源：
[1]徐余恒等：全球人形機(jī)器人的進(jìn)化之路，上�？茖W(xué)技術(shù)情報研究所
[2]王聰聰?shù)龋喝诵螜C(jī)器人發(fā)展動向、趨勢研判，及有關(guān)建議，中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院未來產(chǎn)業(yè)研究中心
[3]徐程浩等：人形機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院
[4]光大證券：人形機(jī)器人加速發(fā)展，釹鐵硼、鎂合金顯著受益
[5]國海證券：人形機(jī)器人量產(chǎn)在即，新材料藍(lán)海廣闊
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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