基础化工行业深度：机器人腱绳：渗透加速，重视超高分子量聚乙烯

机器人腱绳赋能灵巧手灵活度、轻量化，渗透前景广阔。据中国信息通信研究院预测：2045年我国人形机器人将步入Lv5阶段，对应市场规模达10万亿级别。灵巧手作为一种新型的末端执行器逐步替代传统夹持器，在人形机器人与环境的交互中起到关键作用，占整机价值量18%。 目前灵巧手的传动方案主要包括传统的连杆传动、齿轮传动、腱绳传动。 其中连杆传动、齿轮传动存在结构复杂、重量大、柔性不足、空间配置要求高、远距离控制困难等劣势。腱绳传动通过模拟人手“肌腱”结构，使得大型的驱动器远离了执行机构，减轻末端的负载和惯量，提升了抓取的速度、精度。同时，腱绳传动布局灵活，在轻量化的同时适合空间狭小且需要驱动自由度数目较多的传动场景。 机器人腱绳的市场空间有多大？2024年10月，特斯拉发布第三代人形机器人Optimus GEN-3，其灵巧手采用行星齿轮箱+丝杠+腱绳结构，自由度由11个翻倍提升至22个。我们测算22自由度下腱绳单机价值量约3520元，1000万台人形机器人出货量对应腱绳市场规模达352亿元。 伴随方案渗透以及降本，腱绳在灵巧手以外关节等环节应用值得期待。 腱绳材料机遇已至，重视超高分子量聚乙烯。UHMWPE超超高分子量聚乙（ 烯）纤维是世界上比强度和比模量最高的纤维，-CH2-CH2-分子链结构无侧基且柔性极好，具有高度的对称性和规整性，赋予UHMWPE纤维高强高模性能，与碳纤维、芳纶合称为“三大高科技纤维”。目前机器人腱绳材料主要包括高强度钢丝与UHMWPE纤维，其中UHMWPE纤维密度为钢的1/7，而强度却是钢材的15倍，同时具备卓越的耐磨、耐腐蚀、耐老化性能，以及更低廉的成本，是最具优势的腱绳材料。UHMWPE纤维由UHMWPE树脂干法或湿法纺织而成，上游树脂环节供给较为充分，纤维环节壁垒较高。过去全球高端牌号UHMWPE纤维主要由美国艾万特、霍尼韦尔、日本东洋纺垄断，目前国内厂商技术、产能加速突破，有望与人形机器人产业大趋势形成共振。 核心标的： ·同益中：公司是我国UHMWPE纤维及复合材料龙头，拥有UHMWPE纤维产能7960吨超上市公司中最高）。公司是国内首批掌握全套UHMWPE纤维生产技术并实现产业化的企业之一，且可量产断裂强度42.5cN/dtex以上的高强度牌号。公司收购超美斯超拥有间位芳纶产能5000吨、芳纶纸2000吨）83.52%股份，对标杜邦剑指国产替代。芳纶-芳纶纸在下游应用层面能与公司现有业务协同超如，，芳纶与超高分子量聚乙烯用用作（ 防弹材料），整合有望实现1+1>2的产业效益； ·南山智尚：公司拥有UHMWPE纤维产能3600吨，布局腱绳产品覆盖机器人灵巧手、手臂、大腿等多种应用场景； ·恒辉安防：公司拥有UHMWPE纤维产能3000吨，预计年内新增产能4800吨，并持续布局机器人腱绳材料。 风险提示：下游需求低于预期，方案渗透不及预期，假设和测算误差风险。 1.机器人腱绳：前景广阔的灵巧手传动方式 机器人灵巧手传动方式主要包括传统连杆、齿轮传动、腱绳传动，对于灵巧手抓取能力影响显著。机械传动直接影响到灵巧手的抓取稳定性、灵活性及产业化成本。灵巧手的主要传动方式包括连杆传动、齿轮传动、腱绳传动三种。其中，腱绳传动对于空间狭小、传动精密的灵巧手空间设计较为友好，关键在于腱绳材料的选择；连杆、齿轮等传动方式更为直接，但对空间、设计的要求较高： 腱绳传动：机理是起到“肌腱”的作用，使用类似人类手指的腱和绳索结构，通过拉动或放松绳索来驱动手指的关节运动。一般电机通过齿轮箱驱动滚珠丝杠，通过滚珠丝杠上的螺母把旋转运动转换为直线运动，腱绳形成一个腱环套在螺母上，螺母拉动连接在灵巧手手指指骨上的腱绳，实现手指绕关节轴的转动运动。为避免腱绳之间的干扰，腱绳外侧采用外包裹导管的形式。线绳传动使得大型的驱动器远离了执行机构，减轻末端的负载和惯量，提升了抓取的速度。同时，腱绳传动布局灵活，适合空间狭小且需要驱动自由度数目较多的传动场合。 图表1：腱绳传动结构及原理 连杆传动：多用于工业和商业用途，手指的运动和动力由刚性连杆传递，能够抓取大型的物体且结构设计紧凑，可以完成包络抓取。但是在远距离的控制上就比较困难，容易发生弹射，抓取的空间较小； 图表2：连杆传动结构及原理超ILDA灵巧手为如） 齿轮传动：在工业机器人中应用较广泛，这种方式能获得稳定的传动比，传递效率高、可靠性强。然而，齿轮本身的重量加大了整体的重量和惯性； 图表3：灵巧手不同传动模式对比 腱绳方案赋予灵巧手更好的灵活度、顺应轻量化，渗透前景极佳。传统机器人传动方式存在体积大、响应慢、能耗高等缺陷，腱绳通过模拟人体肌腱的牵引机制，利用高强度材料传递动力，显著提升了灵巧手的轻量化与灵活度。以UHMWPE超超高分子量聚乙烯）（ 纤维为如，其密度约0.97-0.98 g/cm3 ，可漂浮在水面上，显著低于钢丝密度约7.86 g/cm3 。 通过特定材料的选择可显著减轻人形机器人灵巧手重量，进而提高操作的灵活性、精准度、负载能力，减少灵巧手在运动时的能耗，延长电池的使用时间。此外，轻量化材料的使用可以减少人形机器人运动时的摩擦和阻力，从而降低能量消耗，使人形机器人能够适用复杂的环境。受益于性能的天然优势，目前腱绳逐渐成为愈发受到业内重视的人形机器人传动方式，渗透前景极佳。 特斯拉Optimus灵巧手采用腱绳传动方案。2024年10月，特斯拉发布第三代人形机器人OptimusGEN-3，其灵巧手采用行星齿轮箱+丝杠+腱绳结构，自由度由11个翻倍提升至22个。2025年1X NEO Gamma家政机器人发布，为腱绳在灵巧手及全身关节驱动领域打开了应用空间。除此之外，近年来国际产业、学术界持续探索腱绳驱动灵巧手方案，诞生出Shadow Hand、Anthropomorphic Robot Hand、Washington Hand、ISR-Soft Hand等产品。 图表4：特斯拉Optimus灵巧手采用腱绳传动 图表5：1X NEO Gamma家政机器人打开腱绳应用场景 图表6：2014-2021年全球腱绳驱动灵巧手型号 2.机器人腱绳的市场空间有多大？ 人形机器人共分为5个能力等级，Lv1即实现走、跑、跳的基础能力；Lv2即实现特定场景下特定功能；Lv3即实现特定场景下多种任务；Lv4即实现多场景下多种任务；Lv5即实现全面具身智能，通过学习可完成各种任务。人形机器人的终极目标是代替或辅助人类完成各种任务，进而填补劳动力缺口。从全球厂商布局来看，人形机器人已然进入“军备竞赛”阶段。 图表7：全球人形机器人产品布局及应用场景规划 远期10万亿级别市场，极具想象力。根据中国信息通信研究院《人形机器人产业发展研究报告超2024年）》预测，2028、2035、2040、2045年，我国人形机器人将陆续进入Lv2-Lv5阶段，对应整机市场空间分别为50亿、500亿、1000-3000亿、10万亿级别超对应出货超1亿台）。 图表8：人形机器人各等级市场规模预期 腱绳单机价值量高，1000万台人形机器人出货对应352亿市场规模。自由度决定了灵巧手的灵活性，每个自由度可搭配2根腱绳用于主动驱动以及被动约束。根据证券之星测算，22自由度灵巧手需要88根腱绳超单只手22*2=44根，双手44*2=88根），按40元/根价格测算，单机价值量约3520元，预计1000万台人形机器人出货超单手自由度22）对应腱绳市场规模达352亿元。 除灵巧手以外，腱绳在全身关节等结构也具备应用场景，起到连接和固定作用。随着方案渗透及降本，腱绳市场空间有望加速打开。 图表9：人形机器人腱绳价值量及市场规模弹性测算 3.腱绳材料机遇来临，重视超高分子量聚乙烯 超高分子量聚乙烯纤维超UHMWPE纤维）是世界上比强度和比模量最高的纤维，同时具备“高强度”与“低密度”性能。超高分子量聚乙烯纤维超（UHMWPE纤维）是分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯，与碳纤维、芳纶合称为“世界三大高科技纤维”，且具备较大的理论降本空间。UHMWPE分子链结构柔性极好，具有高度的对称性和规整性，高倍拉伸时分子链沿拉伸方向发生高度取向和结晶，赋予UHMWPE纤维高强高模性能。 当晶区由折叠链晶转变为伸直链晶时，力学性能大幅提升，内部缺陷杂质和链缠结点等的减少也会大幅提升纤维的力学性能。此外，UHMWPE纤维还具有低密度、抗切割、耐腐蚀、耐磨损等其他优异性能。UHMWPE纤维通过制造无纬布、包覆纱、复合纱、绳网、纺织面料等，进一步广泛应用于军事装备超占比（38%）、海洋产业超占比（30%）、安全防护、纺织、体育器材、医疗、建筑等诸多领域。 图表10：超高分子量聚乙烯具备“刚柔并济”性能优势 图表11：超高分子量聚乙烯化学结构 UHMWPE纤维用于机器人腱绳材料优势显著：腱绳是一种用于连接和固定键盘按键的细绳或纤维绳，通常由高强度材料制成，以确保按键在长时间使用中保持稳定和耐用。 早期腱绳材料主要是特氟龙、芳纶纤维、涤纶等，随后逐渐出现了更高强度、低密度、耐磨损的新材料。目前腱绳驱动的主流选择主要是两种，高强度钢丝超钨钢丝绳、不锈钢丝绳等）、UHMWPE纤维，UHMWPE纤维相比钢丝具备优势显著： 强度更高、密度更低：UHMWPE纤维密度约0.97-0.98 g/cm3 ，可漂浮在水面上，是钢丝密度的约1/7超钢丝密度约7.86 g/cm3 ），然而UHMWPE纤维强度却为钢材的15倍； 耐候性强：UHMWPE纤维具备出色的耐磨损性能，在恶劣环境下可保持结构的完整性；同时UHMWPE纤维化学稳定性优异，可耐酸、碱、盐等多种化学物质的侵蚀，几乎不与常见化学试剂发生反应；此外，UHMWPE纤维的耐紫外线性能良好，在户外长时间使用也不易老化，使用寿命长； 成本更低：UHMWPE纤维具备成本优势，产业化后优势有望持续放大。 图表12：三大高性能纤维性能对比 海外厂商垄断高端品生产技术，国内企业加速破局。UHMWPE纤维由UHMWPE树脂由干法或湿法工艺纺织而成，上游树脂环节供给较为充分，纤维环节壁垒高、目前产业竞争格局优异。全球只有荷兰、美国、日本、中国实现了UHMWPE纤维规模化生产，其中美国艾万特超原荷兰DSM产能，2022年被艾万特收购）、霍尼韦尔、日本东洋纺三家外企垄断高端产品生产技术，目前国内厂商技术、产能加速突破。中国是全球UHMWPE纤维第一大制造及消费国，2024年国内产能约6.6万吨超州星星际、同益中、千禧龙纤为（ TOP3，产能分别为3.2、0.8、0.4万吨），海外产能约2万余吨。2024年我国UHMWPE纤维产量4.6万吨，国内需求3.8万吨，国内市场规模超30亿元。 图表13：国内、海外UHMWPE纤维产能超吨） 4.核心标的：同益中、南山智尚、恒辉安防 同益中：UHMWPE纤维产能7960吨，布局芳纶-芳纶纸打造高端材料矩阵 公司是国内UHMWPE纤维及复合材料龙头，拥有上市公司中最高产能7960吨。公司是国内UHMWPE纤维及复合材料龙头，是国内首批掌握全套超高分子量聚乙烯纤维生产技术和较早实现超高分子量聚乙烯纤维产业化的企业之一，拥有超高分子量聚乙烯纤维行业全产业链布局。公司拥有UHMWPE纤维产能7960吨，为上市公司中最高产能，国内仅次于州星星际。公司的超高分子量聚乙烯纤维系列品种包含不同旦数、单纤数和颜色的产品，产品种类、规格达上百种，可满足各领域客户的差异化需求。公司主要产品的性能达到国际同类产品水平，公司UHMWPE纤维产量和出口量，用处于国内同行业前列。其中超高强型纤维产品具有较大的单丝纤度、较高的断裂伸长率和高抗冲击能力，断裂强度达42.5cN/dtex以上。 收购超美斯，进军芳纶-芳纶纸，与主业客户端协同，形成1+1>2的产业效益。2024年12月，公司以2.4亿元收购超美斯75.8%股份；2025年4月29日增资1.5亿元，持有股权提升至83.52%。超美斯是国内头部芳纶超国内龙