灵巧手腱绳15倍强度新材料诞生！龙头公司共享万亿市场！

当前，机器人 产业链受到广泛关注。作为机器人产业关键材料之一，腱绳正在替代扭力弹簧，成为关键材料，它就好比人体的肌腱，牵引手指活动，完成各种动作。以特斯拉 Opimus发布会展示的22自由度灵巧手为例，创新性采用了“行星齿轮箱+丝杠+腱绳”结构，奠定了腱绳材料在灵巧手系统中的核心地位。



在科幻电影中，人形机器人总能以灵活的手指完成精密操作——从组装精密仪器到弹奏钢琴，甚至完成外科手术。如今，这些场景正加速照进现实。灵巧手，作为人形机器人融入人类世界的“终极接口”，正在技术迭代与产业政策的双重驱动下，突破物理与智能的边界，成为撬动万亿市场的关键支点。

海通证券 指出，由于腱绳传动所需的驱动器在远端，这就减轻了手指末端的负载和转动惯量，提升了抓取的速度和灵活性，容易实现手指的多自由度弯曲和电机驱动力 的远距离传输，适用于高自由度灵巧手。UHMWPE纤维是机器人灵巧手主要腱绳材料。UHMWPE粉料过去几年需求复合增速约10%，未来受益于人形机器人发展，需求有望加速增长。

一、灵巧手技术路线及构成概况

灵巧手核心组成部分为驱动、传动和感知三大系统。驱动系统为灵巧手提供动力和扭矩，传动系统将驱动系统的动力传递到末端执行器，感知系统负责实时监测灵巧手的状态。

驱动系统：灵巧手需要精密且紧密的驱动装置，相比于传统直流电机，无铁芯的空心杯电机体积小、响应速度快、精度高，是灵巧手驱动装置首选。另外，根据特斯拉2024年AI DAY展示的最新22度自由度灵巧手（其中17个主动自由度），将驱动装置放在了手腕位置（无刷有齿槽电机，成本更低）。

传动系统：传动方案以以连杆、腱绳为主。腱绳传动模拟人手的肌腱结构，线绳传动使得大型的驱动器远离了执行机构，减轻了末端的负载和惯量，提升了抓取的速度。根据2024年特斯拉AI Day 最新灵巧手，传动方案可能由“蜗杆+腱绳”转换为了“微型丝杠+腱绳”，将电机和滚珠丝杠置于手臂中，电机通过减速箱带动滚柱丝杠，拉动腱绳控制手指关节运动。

感知系统：大致分为内部和外部两类。内部主要包括力及力矩传感器于捕捉关节的位置信息和转动角度等数据；外部传感器包括触觉传感器等，用于探测物体和灵巧手之间的相对位置等多方面信息。



二、腱绳传动：最具灵活性，特斯拉的最爱！

通过电机收紧或放松绳索驱动关节弯曲，模仿生物肌腱，最大的优势在于灵活性，可大幅提高自由度。但最大问题在于腱绳长期使用易蠕变，需频繁校准预紧力，维护成本高，且平均寿命低，粉尘、高温等加剧损耗，同时布线难度大、算法要求高。

腱绳材料，包括金属类材料（304不锈钢丝绳、钛合金丝绳等）和高分子材料（超高分子量聚乙烯、芳纶纤维、PBO等）。高分子材料重量轻、可弯曲，金属腱绳负载高、寿命长，各有优劣势。普通腱绳成本低，按照20个自由度，考虑冗余设计，单手用量预计为5m，对应单手价值量<500元。但腱绳日常维护成本高，实时预紧力校准、替换绳索等。



特斯拉：从蜗轮蜗杆到腱绳，在研下一代手。

Musk曾透露灵巧手占整机开发的60%，且特斯拉每次展示都重视灵巧手的操作功能。特斯拉灵巧手变化：

2022年10月特斯拉展示第一代灵巧手2023年11月第二代灵巧手，延续空心杯+蜗轮蜗杆的技术路线，自由度11个，增加触觉传感器，可拿鸡蛋等2024年11月特斯拉发布第三代灵巧手，采用无刷有齿槽电机+腱绳方案，电机集成于手臂，自由度提升至22个


三、主流腱绳材料分析

腱绳材料主要包括不锈钢、高分子纤维两类，其中超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有超高强度、超高模量、轻质量、耐腐蚀等优势（强度是钢材的15倍、碳纤维的2.6倍、芳纶纤维的1.7倍），成为腱绳主流材料选择。

目前市场关注的轻量化方向以PEEK材料替代部分关节轴承、齿轮、减速器壳体等高精度部件为主（Peek具备刚度高、轻量化、自润滑性等多重优势但目前成本较高）。

除了精密传动场景外，对于重量敏感的消费级机器人（目标＜50kg）来说，躯干骨架的减重尤为重要，超高分子量聚乙烯可在PEEK的基础上，#进一步减重20%-30%+、且成本仅为后者的1/10，未来可与PEEK共同贡献机器人轻量化。

UHMWPE纤维产业链：


UHMWPF纤维的工艺制备流程包括:配料、纺丝、萃即、热抗伸、收丝，其中关键技术包括超高分子量聚乙烯快读溶解技术、超高分子量聚乙,烯纤维的连纯化生产技术多级超倍热拉伸技术、萃取剂在线回收技术等。

UHMWPE纤维的制备原材料为UHMWPE树脂，其分子量、粒径分布是影响纺丝的关键技术参数。树脂分子量高、粒径分布窄、溶胀比大，所得纤维力学性能好。其次，在纺丝过程中可以进行个性化改件，以制造出不同侧重件能的产品。DSMDvpeema公司基于聚合物基础、纤维结构和纤维性能间关系开发新纤维建立了3个技术平台开发新纤维:Dyneema Force Muliplier技术,Dyneema Max技术和Dyneema Diamond 技术，分别对应超高强高模纤维、超低蠕变纤维、高防切割纤维。

四、重点关注公司

高端UHMWPE长期被帝斯曼、霍尼韦尔等外企垄断，盘点国内UHMWPE纤维五朵金花（按产能大小排序）：

同益中 ：现有产能4320吨，产能利用率111.43%，超饱和运营生产；在建产能5240吨，总量接近10000吨；
南山智尚 ：现有产能3600吨，目前已经满产；
恒辉安防 ：现有产能3000吨，规划4800吨，总量7800吨；
云中马 ：参股安徽中玺是原材料UHMWPE粉核心供应商；