1、人形機器人絲杠概述
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國人形機器人絲杠行業(yè)現狀深度研究與發(fā)展趨勢預測報告（2024-2031年）》顯示，絲杠是一種通過(guò)螺母、滾柱、絲桿等零部件將旋轉運動(dòng)轉換為直線(xiàn)運動(dòng)的機構。絲杠按結構和工作原理可以分為滑動(dòng)絲杠、滾珠絲杠、滾柱絲杠三大類(lèi)?；瑒?dòng)絲杠的摩擦阻力較大，傳動(dòng)效率較低；滾珠絲杠通過(guò)滾珠進(jìn)行傳動(dòng)，承載能力、傳動(dòng)效率和精度高于滑動(dòng)絲杠，使用壽命長(cháng)；滾柱絲杠相較于滑動(dòng)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(lèi)
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類(lèi)別 |
滑動(dòng)絲杠 |
滾珠絲杠 |
滾柱絲杠 |
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特性 |
滑動(dòng)絲杠結構簡(jiǎn)單、不復雜，安裝簡(jiǎn)單方便，摩擦阻力較大，傳動(dòng)效率較低。 |
傳動(dòng)效率高，可消除軸向移動(dòng)產(chǎn)生的間隙，定位精度高，剛度好，運動(dòng)平穩，無(wú)爬行現象，傳動(dòng)精度好。再次，旋轉運動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運動(dòng)，絲杠與螺母都可作為主動(dòng)件，磨損小，使用壽命長(cháng)。 |
結構尺寸小、接觸線(xiàn)長(cháng)、傳動(dòng)間隙小，具有結構尺寸小、承載能力大、傳動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)。 |
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主要結構 |
螺母、絲桿 |
螺母、滾珠、絲桿 |
螺母、滾柱、絲桿、內齒圈、保持架 |
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工作原理 |
通過(guò)螺紋將螺桿的旋轉運行變?yōu)槁菽傅闹本€(xiàn)運動(dòng)。 |
螺紋之間放入滾珠，滾珠沿螺旋滾道滾動(dòng)，帶動(dòng)螺母或絲杠軸向移動(dòng)。 |
通過(guò)螺紋與絲桿和螺母相互嚙合，自轉的同時(shí)圍繞絲桿公轉，完成行星運動(dòng)，將電機傳遞的扭矩轉化為機構的推力。 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
根據滾柱絲杠結構組成及運動(dòng)關(guān)系的不同，可以分為標準式、反向式、循環(huán)式、差動(dòng)式、軸承環(huán)式5種類(lèi)型，其中標準式行星滾柱絲杠是應用最廣泛的類(lèi)型，反向行星滾柱絲杠由于可將螺母作為電子轉子實(shí)現電機絲杠一體化，具備重量輕結構緊湊等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)有望應用于人形機器人領(lǐng)域。
行星滾柱絲杠主要類(lèi)型及各自特點(diǎn)
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類(lèi)型 |
結構 |
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(dòng)件，螺母為輸出構件，能夠實(shí)現較大行程，適用于環(huán)境惡劣、高負載、高速等場(chǎng)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(lèi)型。 |
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反向式 |
其結構形式與標準式類(lèi)似，不同在于其沒(méi)有內齒圈，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(dòng)件，其長(cháng)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(dòng)件，絲杠為輸出構件，滾柱、絲杠之間無(wú)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(chǎng)景，其優(yōu)勢在于可將其螺母作為電機轉子實(shí)現電機和絲杠一體化設計，形成結構緊湊的一體式機電作動(dòng)器（C-EMA），C- EMA可替代傳統液壓、氣壓伺服作動(dòng)系統用于航空、航天、船舶、電力等領(lǐng)域。 |
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循環(huán)式 |
相比于標準式，其去掉了內齒圈，增加了凸輪環(huán)結構，其功能類(lèi)似于滾珠絲杠的返回器，目的是為了讓滾柱在螺母內旋轉一周后回到初始位置，另外其滾柱上無(wú)螺紋、齒輪結構，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構的保持架上。 |
增加了參與嚙合的螺紋數量，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(chǎng)合，如醫療器械、光學(xué)精密儀器等領(lǐng)域。 |
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差動(dòng)式 |
與標準式相比，其去掉了內齒圈，滾柱上也沒(méi)有齒輪段。其滾柱、螺母均為環(huán)槽結構，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?chē)Ш稀?/span> |
差動(dòng)式行星滾柱絲杠的結構特點(diǎn)使其可以獲得更小的導程，適用于傳動(dòng)比較大，承載能力較高的應用場(chǎng)合。 |
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軸承環(huán)式 |
軸其滾柱與循環(huán)式相同，為環(huán)槽結構，相比于標準式，其螺母上去掉了內齒圈，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(shí)也減小了各構件間的磨損，增大了傳動(dòng)效率，其主要適用于高承載、高效率等場(chǎng)合，如石油化工、重型機械等領(lǐng)域。 |
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2、人形機器人市場(chǎng)規模超千億，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(zhù)人形機器人升級發(fā)展，人形機器人絲杠有望成為市場(chǎng)下一個(gè)超級風(fēng)口。到2030年，全球人形機器人市場(chǎng)規模有望超過(guò)200億美元。
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同時(shí)，近幾年，我國出臺多項促進(jìn)人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，率先進(jìn)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(shí)的基礎，拓展應用領(lǐng)域，加快商業(yè)化進(jìn)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(chǎng)規模有望達約8700億元，對絲杠需求量巨大。
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我國人形機器人行業(yè)相關(guān)政策
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時(shí)間 |
政策 |
主要內容 |
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2023.06 |
《關(guān)于開(kāi)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、數控機床和工業(yè)機器人的安全性和可靠性水平,積極開(kāi)展整機產(chǎn)品、零部件等對標驗證,持續推進(jìn)工業(yè)機器人核心關(guān)鍵技術(shù)驗證與支撐保障服務(wù)平臺能力建設。 |
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2023.01 |
《“機器人+”應用行動(dòng)實(shí)施方案》 |
提出到2025年，制造業(yè)機器人密度較2020年實(shí)現翻番,服務(wù)機器人、特種機器人行業(yè)應用深度和廣度顯著(zhù)提升。聚焦10大應用重點(diǎn)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(gè)以上具有較高技術(shù)水平、創(chuàng )新應用模式和顯著(zhù)應用成效的機器人典型應用場(chǎng)景。 |
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2022.08 |
《推進(jìn)家居產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》 |
推廣生活服務(wù)類(lèi)機器人等產(chǎn)品研發(fā)應用。 |
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2022.06 |
《關(guān)于推動(dòng)輕工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見(jiàn)》 |
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)展規劃》 |
推動(dòng)智能移動(dòng)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(jìn)水平，關(guān)鍵零部件性能和可靠性達到國際同類(lèi)產(chǎn)品水平。機器人產(chǎn)業(yè)營(yíng)業(yè)收入年均增速超過(guò)20%。 |
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2021.10 |
《智慧健康養老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計劃(2021-2025年》》 |
攻關(guān)適用于家庭服務(wù)機器人的環(huán)境感知、腦機接口、自主學(xué)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(wù)機器人:重點(diǎn)發(fā)展外骨骼機器人，以及具有情感陪護.娛樂(lè )休閑、家居作業(yè)等功能的智能服務(wù)型機器人:鼓勵發(fā)展能為養老護理員減負賦能、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(dòng)計劃(2021-2023年)》 |
發(fā)展基于5G技術(shù)的服務(wù)機器人，不斷豐富5G應用載體。 |
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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(guò)200億元
這一龐大的市場(chǎng)規模將為人形機器人絲杠行業(yè)帶來(lái)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(xiāo)量增速較快，后續年增速逐步下降，2030年全球人形機器人銷(xiāo)量增長(cháng)至130萬(wàn)臺；假設單臺人形機器人配套14個(gè)直線(xiàn)關(guān)節，每個(gè)直線(xiàn)關(guān)節對應一個(gè)絲杠；假設2025年人形機器人單個(gè)絲杠價(jià)格為2000元，后續隨著(zhù)規?；慨a(chǎn)成本持續下降，2030年單個(gè)絲杠價(jià)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(chǎng)規模將從1.4億元增長(cháng)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(chǎng)規模預測情況
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類(lèi)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(xiāo)量（萬(wàn)臺） |
0.5 |
3.0 |
12.0 |
36.0 |
72.0 |
129.6 |
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全球機器人銷(xiāo)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量（個(gè)） |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
14 |
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滾柱絲杠需求量（萬(wàn)個(gè)） |
7 |
42 |
168 |
504 |
1008 |
1814 |
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單個(gè)絲杠平均價(jià)格（元） |
2000 |
1800 |
1656 |
1540 |
1448 |
1375 |
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市場(chǎng)規模（億元） |
1.4 |
7.6 |
27.8 |
77.6 |
145.9 |
249.5 |
|
市場(chǎng)規模YOY |
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440% |
268% |
179% |
88% |
71% |
數據來(lái)源：觀(guān)研天下整理（WYD）
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