中國粉體網訊 當下科技發展勢頭迅猛，人形機器人已不再是停留在構想中的科幻元素，而是穩步邁入現實應用場景。其中，支撐靈巧手實現精準動作的腱繩材料，正從行業內的“小眾部件”走向大眾視野，憑借關鍵作用成為科技領域的新焦點。
機器人發展催生腱繩材料需求
靈巧手是賦予人形機器人操作能力的核心部件，其性能直接決定了機器人在復雜任務中的表現。傳統的機器人關節驅動方式，如扭力彈簧驅動，存在著體積大、響應慢、能耗高以及靈活性不足等問題。為了實現更接近人類手部的靈活操作，模擬人體肌腱牽引機制的腱繩傳動應運而生。
腱繩傳動是使用類似人類手指的腱和繩索結構，通過拉動或放松繩索來驅動手指的關節運動。首先，由電機提供動力源，經齒輪箱減速增扭后驅動滾珠絲杠；隨后，滾珠絲杠通過其配套的螺母，將電機輸出的旋轉運動高效轉換為直線運動；在此基礎上，預先套設在螺母上的腱繩形成閉合腱環，當螺母沿絲杠做直線位移時，便會同步拉動與靈巧手手指指骨相連的腱繩，最終帶動手指圍繞關節軸完成預期的轉動動作。
從性能優勢來看，一方面，它能將體積和重量較大的驅動器與末端執行機構（手指）分離，大幅減輕末端負載與運動慣量，有效提升靈巧手抓取動作的響應速度和動態靈活性；另一方面，腱繩本身具備柔性特質，傳動布局可根據空間需求靈活調整，尤其適用于靈巧手這類內部空間狹小、且需要驅動多個自由度（多關節獨立運動）的復雜傳動場景。
腱繩傳動結構及原理 來源：《基于腱繩驅動的仿人靈巧手》（劉陽等）
技術迭代推動腱繩材料革新
腱繩作為動力傳遞核心部件，其性能直接決定設備運行精度與壽命。隨著技術迭代加速，腱繩材料正經歷從傳統到高性能的革新升級。
早期腱繩多采用尼龍、滌綸等常規高分子材料，雖成本低、易加工，但在反復牽拉中易出現拉伸形變，且耐磨性差，長期使用后傳動精度明顯下降，難以滿足高精度設備需求。隨后，鋼絲、不銹鋼絲繩開始應用，其強度與剛性顯著提升，卻因重量大、易銹蝕，增加了末端執行機構負載，限制了設備運動靈活性。
如今，碳纖維復合繩、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纖維繩等新型材料成為主流。以UHMWPE纖維繩為例，其擁有卓越耐磨性與抗疲勞性，密度僅為0.97-0.98g/cm3，可漂浮在水面上，能夠滿足輕量化需求。
市場需求促使腱繩材料熱度飆升
隨著人形機器人技術的不斷成熟和應用場景的日益拓展，對腱繩材料的需求呈現出爆發式增長。
以特斯拉Optimus為例，其新一代靈巧手采用了“行星齒輪箱+絲杠+腱繩”的創新結構，22個自由度依賴17個線性執行器模塊與腱繩協同實現精準操控。跟據MarketsandMarkets數據，2024年全球機器人靈巧手市場規模達12億美元，預計到2030年將增至120億美元，年復合增長率達45%。作為核心耗材的腱繩，其需求將隨著靈巧手滲透率的提升而呈現指數級增長。
Optimus 靈巧手采用腱繩傳動 來源：特斯拉
發展前景與挑戰并存
從市場規模來看，預計在未來幾年內，隨著人形機器人及相關應用領域的快速發展，腱繩材料市場規模也將持續增長。
然而，腱繩材料行業在蓬勃發展的同時，也面臨著諸多挑戰。技術替代風險不容忽視，一旦碳納米管纖維等新型材料實現量產且成本降低到一定程度，可能對現有的UHMWPE纖維市場造成沖擊。人形機器人的量產進程也存在不確定性，如果特斯拉Optimus等標桿產品的產能不及預期，將直接影響腱繩材料的市場需求。此外，國際貿易壁壘也可能對企業的出口業務和全球市場布局造成阻礙。
但總體而言，隨著技術的不斷進步和市場需求的持續釋放，人形機器人腱繩材料行業前景廣闊。在這場材料革命中，誰能率先突破技術瓶頸，滿足市場對高性能、低成本腱繩材料的需求，誰就能在激烈的市場競爭中搶占先機，引領行業發展的潮流。
參考來源:
劉陽.基于腱繩驅動的仿人靈巧手
國盛證券《機器人腱繩：滲透加速，重視超高分子量聚乙烯》
長江證券《腱繩傳動前景可期，高性能纖維打開空間》
(中國粉體網編輯整理/月明)
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