【學(xué)術(shù)精選】人形機(jī)器人用線纜及材料的技術(shù)要點(diǎn)與市場(chǎng)空間淺析
來源： 作者： 時(shí)間：2025-02-28
最近中共中央、國務(wù)院關(guān)于深化養(yǎng)老服務(wù)改革發(fā)展的意見中提出，重點(diǎn)推動(dòng)人形機(jī)器人、腦機(jī)接口、人工智能等技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用。國常會(huì)也提出促進(jìn)“人工智能+消費(fèi)”，越來越多的AI+應(yīng)用場(chǎng)景出現(xiàn)在日常生活中，智能終端和服務(wù)也越來越常見，以“春晚”爆紅的人形機(jī)器人為例，人形機(jī)器人在工業(yè)、消防、養(yǎng)老等領(lǐng)域的應(yīng)用，均被市場(chǎng)寄托了較高的期待。
以特斯拉Optimus為例（圖1），人形機(jī)器人用線纜主要有動(dòng)力電纜、伺服電纜、編碼器和傳感器電纜等，滿足大腦、電池組、軀干、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線性關(guān)節(jié)和靈巧手等各部件的電能和信號(hào)傳輸。由于機(jī)器人需要頻繁運(yùn)動(dòng)、彎曲關(guān)節(jié)，或者進(jìn)行特殊場(chǎng)景的工作等，機(jī)器人電纜在滿足基本的電力和信號(hào)傳輸功能之外，還需要具備柔韌性、耐磨損、高抗干擾性以及耐高溫等特性，使得機(jī)器人電纜能夠在高速運(yùn)動(dòng)、頻繁彎曲的情況下保持穩(wěn)定的電力連接和信號(hào)傳輸。相應(yīng)的，除了基本性能外，人形機(jī)器人用線纜材料也需要具備柔韌性、耐磨損和耐高溫等特性。人形機(jī)器人采用集成化方案，追求較高輕量化和緊湊結(jié)構(gòu)，手部采用輕量高效的空心杯電機(jī)，身體部位采用無框電機(jī)等構(gòu)成的一體化關(guān)節(jié)。人形機(jī)器人用線纜目前沒有標(biāo)準(zhǔn)，為了分析方便，人形機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)可簡化為“軀干+5個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)（頭和四肢）”，也可視其為“一個(gè)基本電氣設(shè)備（軀干）連接了五個(gè)形狀不同的機(jī)械臂（頭和四肢）”。人形機(jī)器人中的電纜按使用特性可分為三類：連接電池組電源需要?jiǎng)恿€，連接無框電機(jī)需要伺服電纜以及編碼器和傳感器需要信號(hào)電纜。TICW 21-2019《工業(yè)機(jī)器人用柔性電纜》規(guī)范適用于工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械臂用、拖鏈用及工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備用柔性電纜，包括0.6/1kV及以下動(dòng)力電纜、300/500V及以下控制電纜、伺服電纜以及30V信號(hào)電纜，這也適用于相似使用條件下的其它類型機(jī)器人。故可以參照TICW 21-2019《工業(yè)機(jī)器人用柔性電纜》來分析其電纜性能要求和材料特點(diǎn)。機(jī)器人線纜連接（圖2）是一個(gè)多輸入多輸出、高度非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。除了常規(guī)性能，沿機(jī)器人或上下肢敷設(shè)，隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，并為其提供動(dòng)力或傳輸信號(hào)的電纜不僅需要耐彎扭，還需要由多于一組的對(duì)線組、三線組或四線組或更多線芯絞合成的單元組成的多單元電纜。這些線纜除了常規(guī)性能，還需滿足護(hù)套耐磨試驗(yàn)、成品電纜扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、成品電纜循環(huán)彎折試驗(yàn)和三維組合扭轉(zhuǎn)彎折試驗(yàn)等柔韌性要求（部分試驗(yàn)示意圖如圖3）。圖3：扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和循環(huán)彎折試驗(yàn)示意圖TICW 21-2019規(guī)定的機(jī)器人用柔性電纜正常運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)體工作溫度為70℃、90℃和130℃，滿足70℃、90℃的絕緣材料為聚氯乙烯、熱塑性彈性體、聚乙烯和聚丙烯，滿足130℃的絕緣材料為乙烯-四氟乙烯共聚材料。滿足70℃和90℃的護(hù)套材料為聚氯乙烯、熱塑性彈性體和聚氨酯彈性體（見表1）。雖同為熱塑性彈性體材料，代號(hào)為S和S2為熱塑性彈性體材料TPE或類似合成材料（抗張強(qiáng)度最小10.0N/mm2），代號(hào)S3為熱塑性彈性體材料TPEE或類似合成材料（抗張強(qiáng)度最小30.0N/mm2）。除了常規(guī)性能，人形機(jī)器人線纜對(duì)護(hù)套材料有耐磨、抗水解和皂化等特定性能需求，其中熱塑性彈性體護(hù)套需滿足抗水解性能，聚氨酯彈性體護(hù)套需滿足抗水解性能和護(hù)套皂化試驗(yàn)等。表1：機(jī)器人用柔性電纜絕緣材料和護(hù)套材料人形機(jī)器人線纜及材料市場(chǎng)空間
數(shù)據(jù)顯示，截至2024年2月份，全國人形機(jī)器人存量企業(yè)為24747家、國家級(jí)專精特新企業(yè)1051家。根據(jù)高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究院的預(yù)測(cè)，到2034年，中國的人形機(jī)器人市場(chǎng)年銷售量有望超過100萬臺(tái)。人形機(jī)器人線纜及材料市場(chǎng)空間依托于人形機(jī)器人的市場(chǎng)需求，很多專家普遍認(rèn)為其可以參照智能手機(jī)的市場(chǎng)需求。在此我們參照智能手機(jī)的市場(chǎng)需求演變曲線（圖4），并且考慮機(jī)器人的價(jià)格和產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)間，以汽車保有量（圖5）的數(shù)量作為有效購買需求來粗略測(cè)算，以求拋磚引玉。為了方便，把所有的線纜類型簡化為RVV，3×1.5mm2，假設(shè)每個(gè)機(jī)器人所用電線長度=2×8=16(m），10年內(nèi)保有數(shù)量15億個(gè)，對(duì)應(yīng)總長度約2400萬km。RVV 3×1.5mm2外徑8.5mm，護(hù)套厚度0.9mm，密度1.4g/cm3。護(hù)套料重量約為72萬噸。圖4：智能手機(jī)的市場(chǎng)需求演變曲線人形機(jī)器人集成了人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)，本質(zhì)是人工智能技術(shù)與機(jī)器人機(jī)電技術(shù)的深度融合，屬于人工智能在具身智能（EAI）方向的應(yīng)用落地，有望成為繼計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車之后的顛覆性產(chǎn)品，將深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。線纜工業(yè)是一個(gè)以市場(chǎng)需求為拉力，技術(shù)進(jìn)步為推力，以線纜材料的發(fā)展為基礎(chǔ)不斷創(chuàng)新的過程。如今，創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念深入人心，國家大力發(fā)展新一代信息技術(shù)、新能源、新材料、高端裝備、新能源汽車、綠色環(huán)保以及航空航天、海洋裝備等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，以及大力推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等各產(chǎn)業(yè)深度融合，推動(dòng)先進(jìn)制造業(yè)集群發(fā)展等政策，上述各領(lǐng)域的發(fā)展給光電線纜及其所用材料行業(yè)將帶來巨大的新機(jī)遇，上下游會(huì)攜手共進(jìn)，一起奔向更加美好、更加燦爛的明天。
來源 | 上纜所傳媒
文字 | 李明珠
編輯 | 盧羽佳
審核 | 何曉芳
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