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化工:腱绳材料:腱绳传动前景可期 高性能纤维打开空间

时间2025-04-16 19:21:42浏览9

化工:腱绳材料:腱绳传动前景可期 高性能纤维打开空间

腱绳传动:机器人灵巧手不可或缺的传动方式灵巧手是人形机器人的关键部件,具有负载能力、运动能力、控制能力和感知能力等,配有驱动系统、传动系统、传感系统和控制系统。在传动模式中,腱绳驱动是目前灵巧手研究中应用最为广泛的传动方式,早期DLR 系列、DLR Dexhand/Space、DLR_Hand Arm System,以及商用化的Shadow hand 等都采用腱绳驱动。特斯拉最新Opimus 发布会展示的22 自由度灵巧手为例,其使用了行星齿轮箱+丝杠+腱绳结构,灵巧度得到了大幅提升。除了灵巧手外,腱绳的应用领域或可用于其他关键传动部位。展望未来,AI、高性能计算(HPC)、传感器和电池技术等先进技术正在迅速成熟和融合,以加速人形机器人的发展,有望带动腱绳市场的发展。
腱绳材料的选择:高分子纤维性能优异,价值量较高腱绳材料整体分为不锈钢、高分子纤维两大类。材料的选择除了要考虑强度和模量以外,还应在长期工作中具有较低的蠕变。钢丝绳两端难以固定,并且只能采用较大的绕线半径,负载能力小,寿命短,目前使用高分子纤维作为腱绳材料则更为广泛。在强度以及抗蠕变性能上面,UHMWPE 纤维、PBO 纤维相比芳纶纤维、碳纤维、钢丝绳更具优势。据测算,以特斯拉Opimus发布会展示的22 自由度灵巧手为例,一个自由度可能需要至少两个腱绳,一个用于拉动(主动驱动),另一个可能用于反向运动或者作为被动约束,因此一只灵巧手或需要44 根腱绳,一台机器人预计需要88 根腱绳,若单根腱绳价值量为100 元,100 万台机器人对应的腱绳市场空间则为88 亿元。
UHMWPE 纤维:新一代产业化的有机纤维
UHMWPE 是继碳纤维、芳纶后的第三代高性能纤维且密度最小的高性能纤维。2023 年中国UHMWPE 纤维需求量达3.38 万吨,占全球需求的61%以上,2018-2023 年CAGR 约14.6%。
随着我国社会生活水平的不断改善以及国防建设的稳步发展,民用和军用两方面的需求将为UHMWPE 纤维带来更为丰富的市场活力。国际上,美国埃万特、美国 Honeywell 和日本东洋纺三家企业垄断着全球超高分子量聚乙烯纤维高端产品技术。我国UHMWPE 纤维行业自1999年东华大学实现技术突破后扩产迅速,本土代表企业已成为全球市场的重要供应来源,上市公司包括同益中(7960 吨/年)、南山智尚(3600 吨/年)、恒辉安防(3000 吨/年)等。相关企业正在不断和机器人产业进行对接。
PBO 纤维:产业化进程较慢
PBO 纤维耐热性能较UHMWPE 更胜一筹,但是发展进程仍然缓慢,制备中单体合成、聚合体合成和纤维纺丝三个环节各具难度。日本东洋纺是全球工业化最成功的企业,国内非上市公司成都新晨、中蓝晨光化工、中科金绮拥有小规模产业化的能力。上市公司中,鼎龙科技是国内少数具备能够稳定工业化生产 PBO 单体企业之一。
投资建议:关注腱绳材料的投资机会
机器人产业发展日新月异,腱绳传动作为机器人灵巧手必不可少的传动模式,并且有望拓展至其他关键关节部位,预计拥有着巨大空间。提前储备前端材料的企业具备先发优势,有望优先打入腱绳赛道,进一步渗透进产业链。
风险提示
1、下游应用领域拓展受限;2、技术进步不及预期;3、政策推动不及预期;4、材料更迭对存量品种带来影响。

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