【专家】精密轴承在人形机器人领域的应用

民生电新 一、综述 1、全球及中国轴承行业发展现状与技术挑战 全球高端轴承市场由八大跨国企业主导，占据70%市场份额，年均营收均在500亿以上。中国轴承企业规模较小，国产替代需求迫切，但面临材料和热处理方面的挑战，高端谐波材料依赖进口，热处理技术有待提升。交叉滚子轴承技术壁垒高，全球范围内大规模量产企业少，主要集中在日本与德国。国内供应商不到10家，技术壁垒在于抗变性能，涉及磨削精度、刚性、寿命及转动平滑度等多方面要求。交叉滚子轴承加工工序复杂，优质品通过锻造确保刚性和密实性，装配依赖人工。国内在抗变能力、刚性、寿命及平滑度等方面已实现对德日高端品牌替代，但仍需提升自动化装配水平。交叉滚子轴承2022年全球销售额约为5.2亿，预计到2028年将达到7.3亿，年增长约3%。主要厂商包括日本THK、IKO、 NSK等。国内大型生产尚未形成规模，但企业如冠盛、赵峰等正在进入机器人轴承领域。赛博克斯工业科技于2023年成立，2024年8月突破迷你型号手上关节微型谐波减速器专用轴承技术，吸引了小米、振裕等客户合作。常规产品利润约为35%,定制产品可达100%,但量产后利润降低。赛博克斯工业科技成功开发微型谐波轴承，打破日本哈莫纳科垄断，并与明志、风光等企业合作进行测试和定制。该产品在灵巧手中应用难度高，价值量大，但直驱模式成本较高。赛博克斯工业科技在轻量化轴承方面进行多项研究，包括双排齿轴承、钢铝复合材料和PEEK材料的应用。机器狗领域短期内发展前景优于人形机器人，公司已获得军方订单。人形机器人对轴承产品的需求主要集中在交叉滚子轴承、角接触轴承、深沟球轴承和四点接触球轴承这几种类型。以特斯拉人形机器人为例，各部位所需轴承数量和类型均有详细配置。交叉滚子轴承加工工艺包括锻造、车削钻孔、磨削处理等环节，超精加工尚未普及，国内企业开始使用国产磨床替代进口设备，并研发了金刚石砂轮修整器以提升精度。2、轴承行业竞争格局与赛博克斯工业科技发展情况概述 交叉滚子轴承近年来利润有所下滑，如RU124产品售价从2018年的560元降至目前的300元左右，毛利率约为30%。国产轴承价格竞争激烈，但技术仍是因素。中国轴承在全球市场占有率较低，主要受技术水平和产品质量差距影响。企业需拓展海外市场，并寻求与日本、美国等国家合作。赛博克斯工业科技常规产品利润约为35%,而定制产品利润可达100%,但一旦量产超过1万套，定制产品利润将下降。赛博克斯于2023年成立，2024年4月正式开展业务，2024年8月突破微型谐波减速器专用轴承技术，吸引小米、振裕、风力、铜川、华大、小鹏等客户合作。公司还参与英伟达订单项目，与绿谐波、科盟创新为主要合作对象。公司已开发微型谐波轴承，并在北京人形机器人大会上展示样品，目前国内市场由日本哈莫纳科垄断，其减速器价格高达8,500元人民币。公司产品已达到日本哈莫纳科同等水平，刚性更好。微型谐波轴承在灵巧手中的应用难度高，价值量大，单个小部件价格约为五六百元。评判高端轴承质量的参数包括加工精度、转速、刚性、寿命、平滑度、高负载能力及预警状态。在机器狗领域，短期内订单前景良好，军队已完成第二轮测试，预计进入小批量生产阶段。公司还在轻量化轴承方面取得进展，包括双排齿轴承和钢铝复合材料研究，并与小鹏合作开发双排滚道轴承。此外，公司正在研究PEEK材料在轴承中的应用。 3、轻量化材料与加工技术发展现状及未来展望 在轻量化技术路线中，钢铝复合材料已成为重要组成，结合了钢材的高强度和铝材的轻质特性，有助于实现减重目标，同时保持结构的耐用性和强度。相关产品已在行业展会中推出，并在日本等国家得到应用。PEEK材料虽具潜力，但目前受限于其在高温下的性能表现，如100度时发生蠕变、260度时融化，显示出塑料的固有缺点。然 而，随着材料科学和加工设备的持续进步，PEEK有望在未来应用于一次性零部件或快拆快装机器人等新兴领域。整体来看，未来轻量化技术的发展将高度依赖于新材料的创新与相应加工工艺的同步提升，以支持其在机器人及高端精密机械领域的高效与灵活应用。二、Q&A Q:交叉滚子轴承在人形机器人中的应用情况如何?其技术壁垒主要体现在哪些方面? A:交叉滚子轴承在人形机器人中广泛应用，如肩部、肘部、腰部等旋转关节均需要多个交叉滚子轴承。以特斯拉人形机器人为例，肩部需6个交叉滚子轴承，肘部2个，腰部6个。交叉滚子轴承的技术壁垒主要体现在抗变性能、磨削精度(以微米级计算)、刚性、寿命、转动平滑度及预警装置等多个方面。 由于加工工序复杂，包括锻造、车削钻孔、磨削处理等，优质品需通过锻造确保刚性与密实性，装配过程依赖人工，限制了批量生产。目前全球范围内能大规模量产的企业主要集中在日本与德国，国内供应商不到10家。Q:赛博克斯工业科技在微型谐波轴承领域取得了哪些突破?其产品在市场中的表现如何? A:赛博克斯工业科技于2023年成立，2024年8月成功突破迷你型号手上关节微型谐波减速器专用轴承技术，打破了日本哈莫纳科的垄断地位。该产品已与明志、风光等企业合作进行测试和定制，广泛应用于灵巧手中，具备高难度、高价值的特点。尽管直驱模式成本较高，但其常规产品毛利率约为35%,定制产品可达100%(量产之后利润下降)。此外，公司还在轻量化轴承方面进行了多项研究，包括双排齿轴承、钢铝复合材料和PEEK材料的应用，已获得军方订单，短期内在机器狗领域的发展前景优于人形机器人。Q:赛博克斯工业科技在微型谐波轴承方面取得哪些技术突破?其市场前景如何? A:赛博克斯工业科技于2024年3月接到相关需求后开始研发微型谐波轴承，并于同年7月成功开发该产品。在北京人形机器人大会上展示样品时,发现市场上尚无其他公司能生产同类高精度产品。目前该产品在国内市场仍由日本哈莫纳科垄断，其减速器单价高达8,500元人民币。公司已与绿的谐波、明志、风光等企业合作，进行产品测试与定制，同时吸引灵巧手制造企业如奥艺和灵星巧手的关注。尽管直驱模式成本较高，尚未大规模推广，但公司在该领域的技术突破对国内替代具有重要意义，未来市场潜力巨大。 Q:赛博克斯工业科技在轻量化轴承方面有哪些具体研发进展?主要应用场景是什么? A:赛博克斯工业科技在轻量化轴承方面已开展多项研究，包括双排齿轴承的研发，该不仅节约空间，还可广泛应用于人形机器人和机器狗领域。此外，公司与小鹏汽车合作开发了双排滚道轴承，以满足轻量化和小体积需求。目前，公司正在进行钢铝复合材料的加工研究，并已推出相关产品。同时，公司还与台湾企业合作，使用PEEK材料进行轻量化轴承的研发。这些轻量化轴承主要面向机器人及高端设备市场，尤其在灵巧手、人形机器人、机器狗以及激光雷达项目中具有广泛应用前景，有助于提升设备的灵活性与负载能力。Q:PEEK材料目前存在哪些性能限制? A:PEEK材料在100度时会发生蠕变，在260度时会融化，表现出塑料的热稳定性不足问题，这限制了其在高温环境中的应用。此外，目前加工设备尚未完全满足其材料特性要求，导致其性能潜力尚未被充分挖掘。 Q:钢铝复合材料在轻量化中的优势体现在哪些方面? A:钢铝复合材料结合了钢材的高强度与铝材的低密度特性，能够在实现结构减重的同时，保持良好的机械强度和耐用性，适用于对性能和轻量化均有要求的工业应用。