在本屆WAIC上，筆者發(fā)現(xiàn)，隨著人形機(jī)器人嘗試從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、家庭服務(wù)、醫(yī)療手術(shù)等多元場(chǎng)景，小型化、輕量化已經(jīng)成為一個(gè)重要的機(jī)器人以及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展趨勢(shì)。因時(shí)機(jī)器人、靈心巧手、傲意、兆威機(jī)電都有更小的靈巧手面世，智元、宇樹、傅利葉、星動(dòng)紀(jì)元等企業(yè)都有更小型化的機(jī)器人產(chǎn)品。

部分人形機(jī)器人展商為了吸引眼球，嘗試讓人形機(jī)器人走進(jìn)人群中，在密集的人流中行走，雖然速度不快，但被鋼筋鐵骨打一下依然會(huì)痛感明顯，整體來(lái)看，隨著機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景從實(shí)驗(yàn)室向家庭服務(wù)、工業(yè)車間等領(lǐng)域快速滲透，市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的性能要求日益嚴(yán)苛。輕量化與小型化技術(shù)作為提升機(jī)器人運(yùn)動(dòng)效率、拓展應(yīng)用邊界的核心路徑，正成為行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，更多廠商將小型化、輕量化已經(jīng)提上了研發(fā)日程。

機(jī)器人通常可按照平臺(tái)重量劃分為微型機(jī)器人（≤10kg）、小型機(jī)器人（10kg~50kg）、輕型機(jī)器人（50kg~100kg）、中型機(jī)器人（100kg~500kg）、 重型機(jī)器人（500kg）等，目前人形機(jī)器人普遍處于輕型機(jī)器人階段，大多人形機(jī)器人重約70kg，但安全保障上并沒有太好的措施。因此，輕量化與小型化不僅改變著機(jī)器人的物理形態(tài)，更有望重塑整個(gè)行業(yè)的技術(shù)生態(tài)與市場(chǎng)格局。

正如高擎機(jī)電相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)我們提到，“小型化”是一個(gè)極具前景的機(jī)器人的發(fā)展方向，其具備諸多優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)小而簡(jiǎn)潔，整體小而靈巧，占用空間小，重量也輕，方便生產(chǎn)運(yùn)輸以及開發(fā)者后續(xù)使用,小體積意味著未來(lái)使用場(chǎng)景廣，狹窄環(huán)境可通過性強(qiáng)，價(jià)格“小”，高性價(jià)比，致力于讓每一位開發(fā)者都能夠擁有自己的人形機(jī)器人。當(dāng)然，性能不“小”，能力不“小”，自研高精度小體積關(guān)節(jié)模組輸出力矩大，連接穩(wěn)定，工作可靠，機(jī)器人整體魯棒性高，仿人體步態(tài)自然，多自由度關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)葉問蹲等諸多復(fù)雜動(dòng)作。

同時(shí)，也有觀點(diǎn)提到，輕量化與小型化是人形機(jī)器人進(jìn)化的必然選擇，因?yàn)闄C(jī)器人輕量化與小型化的驅(qū)動(dòng)力源自應(yīng)用場(chǎng)景的現(xiàn)實(shí)需求。在工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)機(jī)械臂因自重過大導(dǎo)致能耗高、響應(yīng)慢，難以適應(yīng)柔性制造的快速切換需求；在家庭、服務(wù)場(chǎng)景中，過重的人形機(jī)器人若發(fā)生碰撞或傾倒，可能對(duì)人員造成安全威脅；從技術(shù)原理看，輕量化與小型化能夠系統(tǒng)性解決機(jī)器人的核心痛點(diǎn)。重量降低直接減少電機(jī)負(fù)載，使相同電池容量下的續(xù)航能力提升。同時(shí)，結(jié)構(gòu)小型化則提升了空間利用率，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)類人化動(dòng)作提供了物理基礎(chǔ)。更重要的是，輕量化材料的應(yīng)用降低了對(duì)能源系統(tǒng)的依賴，這種“減重不減能” 的特性，讓機(jī)器人在精密裝配、服務(wù)等場(chǎng)景中具備了實(shí)用價(jià)值。

▍結(jié)構(gòu)件優(yōu)化：從參數(shù)優(yōu)化到拓?fù)涓锩?/strong>

隨著人形機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、家庭服務(wù)、醫(yī)療手術(shù)等多元場(chǎng)景，核心部件的革新是輕量化與小型化的微觀基礎(chǔ)，其中結(jié)構(gòu)件作為支撐其運(yùn)動(dòng)性能與應(yīng)用邊界的核心載體，正從產(chǎn)業(yè)鏈的“配角”轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂诵母?jìng)爭(zhēng)力載體”，其技術(shù)突破速度將直接決定機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度，正迎來(lái)前所未有的變革機(jī)遇。

筆者發(fā)現(xiàn)，本次WAIC就有恒工精密攜其在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中的十余個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品矩陣重磅亮相，集中展示了面向人形機(jī)器人、四足機(jī)器人及精密減速機(jī)系統(tǒng)核心零部件的解決方案，也有高擎機(jī)電、脈塔智能、智元、魔法原子等公司展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化成果。

值得注意的是，輕量化與小型化并非簡(jiǎn)單的“減重縮體”，而是需要在重量、強(qiáng)度、成本之間實(shí)現(xiàn)平衡。與部分公司的溝通中我們獲悉，輕量化技術(shù)的研究發(fā)展與突破不僅需要重塑結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)邏輯，更要推動(dòng)材料、工藝與產(chǎn)業(yè)鏈格局的深度重構(gòu)，在機(jī)器人續(xù)航能力、運(yùn)動(dòng)靈活性與場(chǎng)景適應(yīng)性的硬性需求驅(qū)動(dòng)下，機(jī)器人結(jié)構(gòu)件市場(chǎng)正從傳統(tǒng)金屬材料主導(dǎo)，開始向“材料創(chuàng)新+結(jié)構(gòu)優(yōu)化+功能集成”的多元技術(shù)路徑演進(jìn)，助推機(jī)器人結(jié)構(gòu)件的研發(fā)周期縮短至約6個(gè)月，從而匹配整機(jī)廠商快速迭代的需求，未來(lái)增長(zhǎng)空間廣闊。

機(jī)器人結(jié)構(gòu)件的輕量化革命，始于對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯的顛覆。參數(shù)優(yōu)化作為最直接的技術(shù)路徑，通過精準(zhǔn)調(diào)整零部件尺寸、布局與厚度，在保證強(qiáng)度的前提下減少冗余材料。這種“量體裁衣"的思路，在工業(yè)機(jī)器人的臂展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已廣泛應(yīng)用，通過強(qiáng)化關(guān)鍵連接件剛性，可減少部分輔助支撐部件，如今已經(jīng)開始初步體現(xiàn)在人形機(jī)器人上。

從技術(shù)上來(lái)說，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的引入，進(jìn)一步將結(jié)構(gòu)輕量化推向精密化。因?yàn)檫@種通過算法優(yōu)化材料分布的方法，能在滿足力學(xué)性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)極致減重。北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心向記者介紹，在人形機(jī)器人領(lǐng)域，此前天工Ultra就主要通過胸部、腰部與四肢的拓?fù)渲貥?gòu)，使核心結(jié)構(gòu)件重量減輕，在維持強(qiáng)度前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性減重，為其在馬拉松賽事中奪冠奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前，拓?fù)鋬?yōu)化已從單一零部件延伸至整機(jī)系統(tǒng)，例如波士頓動(dòng)力Atlas機(jī)器人采用拓?fù)鋬?yōu)化的CFRP關(guān)節(jié)支架，重量較鋁合金減輕45%，彎曲模量達(dá)230GPa，支撐跳躍時(shí)10倍自重沖擊載荷。

集成化設(shè)計(jì)則為結(jié)構(gòu)件輕量化提供了系統(tǒng)級(jí)解決方案。借鑒新能源汽車一體化壓鑄技術(shù)，機(jī)器人結(jié)構(gòu)件正從“多部件組裝”向“模塊化集成”轉(zhuǎn)型。展商介紹，結(jié)構(gòu)件這種化繁為簡(jiǎn)的思路，不僅減少了連接件數(shù)量，更通過功能復(fù)用降低了系統(tǒng)能耗，相關(guān)展商對(duì)媒體介紹，宇樹科技機(jī)器人就采用碳纖維、鋁合金復(fù)合關(guān)節(jié)模組，將驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)功能集成后，單關(guān)節(jié)扭矩密度達(dá)到120N?m/kg，整機(jī)重量?jī)H35kg，卻能完成復(fù)雜的肢體協(xié)調(diào)動(dòng)作。

然而，結(jié)構(gòu)輕量化的推進(jìn)仍面臨技術(shù)瓶頸。當(dāng)前人形機(jī)器人整機(jī)方案尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，從電機(jī)+減速器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)到電機(jī)+絲杠的直線驅(qū)動(dòng)，不同技術(shù)路徑對(duì)結(jié)構(gòu)件的力學(xué)要求差異顯著，導(dǎo)致廠商難以集中資源突破共性技術(shù)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要跨學(xué)科的系統(tǒng)思維，而多數(shù)本體企業(yè)為初創(chuàng)公司，在材料學(xué)、力學(xué)仿真與制造工藝的協(xié)同能力上存在短板。這一現(xiàn)狀使得拓?fù)鋬?yōu)化等先進(jìn)技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用仍需時(shí)間，短期內(nèi)參數(shù)優(yōu)化與材料替換仍是結(jié)構(gòu)輕量化的主流選擇。

▍核心部件協(xié)同：結(jié)構(gòu)件的功能集成趨勢(shì)

由于人形進(jìn)入工業(yè)、服務(wù)等場(chǎng)景，展示更多功能特性，因此機(jī)器人結(jié)構(gòu)件正從單純的承載者向功能載體進(jìn)化，與電機(jī)、減速器等核心部件的集成化程度持續(xù)加深，這一趨勢(shì)重塑了結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)邏輯與市場(chǎng)格局。例如關(guān)節(jié)模組作為運(yùn)動(dòng)控制的核心，其結(jié)構(gòu)件大多已實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)+支撐+傳感的多功能融合，大多一體化成型的結(jié)構(gòu)件，都設(shè)計(jì)了一體化關(guān)節(jié)和傳動(dòng)部件的位置。

例如本次WAIC，我們從天鏈機(jī)器人處得知，其開發(fā)的一體化關(guān)節(jié)，在內(nèi)嵌式伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了一系列優(yōu)化，創(chuàng)新性地將伺服電機(jī)與特制諧波減速機(jī)高度集成，較傳統(tǒng)分體式結(jié)構(gòu)減重50%，體積縮減50%，扭矩密度提升至450Nm/kg，可實(shí)現(xiàn)360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)不僅減少了連接件數(shù)量，更通過結(jié)構(gòu)件內(nèi)部流道優(yōu)化，將散熱效率提升，解決了高功率密度下的溫升問題。

絲杠與導(dǎo)軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新同樣顯著。行星滾柱絲杠作為直線驅(qū)動(dòng)的核心部件，其螺母與殼體的一體化設(shè)計(jì)成為輕量化關(guān)鍵。本次WAIC上，已經(jīng)出現(xiàn)了指尖智擎科技有限公司、諾仕機(jī)器人等創(chuàng)新公司，其中筆者了解到，諾仕機(jī)器人的RVI反式行星滾珠絲杠系列螺距0.5mm起，結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，而且具備高強(qiáng)度和無(wú)回隙等特征。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)件的協(xié)同設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈分工。此前有消息提到，特斯拉Optimus Gen3的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器就采用電機(jī)-減速器-軸承一體化結(jié)構(gòu)，其殼體采用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料，通過注塑成型直接集成軸承座與電機(jī)定子槽，較鋁合金方案已經(jīng)快速減重，而且裝配工序減少，但這種設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)件供應(yīng)商深度參與前期研發(fā)。

傳感器與結(jié)構(gòu)件的融合則提升了機(jī)器人的環(huán)境感知能力。上海卓益得開發(fā)的行者二號(hào)機(jī)器人，據(jù)悉其腿部結(jié)構(gòu)件內(nèi)置光纖光柵傳感器，通過監(jiān)測(cè)應(yīng)力分布實(shí)時(shí)調(diào)整步態(tài)，此前在馬拉松賽事中實(shí)現(xiàn)高續(xù)航，這種結(jié)構(gòu)傳感一體化設(shè)計(jì)既要滿足力學(xué)性能，又須具備信號(hào)傳輸穩(wěn)定性。

小型化、集成化趨勢(shì)無(wú)疑正推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)，使得傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件廠商向系統(tǒng)解決方案提供商轉(zhuǎn)型。但集成化也帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)件與核心部件的深度綁定，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更的成本大幅上升，某頭部企業(yè)對(duì)我們表示，集成式關(guān)節(jié)殼體的改型成本是傳統(tǒng)分體式的數(shù)倍。同時(shí)，不同廠商的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異顯著，多家企業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)件的接口要求截然不同，導(dǎo)致供應(yīng)商需維持多套生產(chǎn)線，開多個(gè)磨具打樣。這一現(xiàn)狀推動(dòng)結(jié)構(gòu)件行業(yè)向模塊化發(fā)展，部分廠商正在嘗試推出標(biāo)準(zhǔn)化殼體接口，使結(jié)構(gòu)件廠商可通過更換模具快速適配不同品牌核心部件，從而提升通用性。

▍場(chǎng)景需求帶來(lái)的人形機(jī)器材料革命

除了結(jié)構(gòu)件優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)企業(yè)對(duì)記者介紹，材料創(chuàng)新也是機(jī)器人結(jié)構(gòu)件輕量化的核心驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)前市場(chǎng)正經(jīng)歷從以鋼為主到多元材料協(xié)同的轉(zhuǎn)型。雖然鋁合金作為傳統(tǒng)輕量化材料，憑借成熟的加工工藝與成本優(yōu)勢(shì)，仍是中小負(fù)載人形機(jī)器人的首選，而鎂合金正成為中高端機(jī)器人的新寵，其具備優(yōu)異的減震性與電磁屏蔽能力，同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性看，當(dāng)前鎂鋁價(jià)格比僅0.87，低于1.2-1.3的臨界值，使用鎂合金不僅能減重，還可降低材料成本。奧迪A8的鎂合金減震器支座橫撐已驗(yàn)證其可靠性，這為機(jī)器人

結(jié)構(gòu)件的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了參考，不過，鎂合金的抗腐蝕性短板仍需攻克。

本次WAIC上，力勁集團(tuán)就宣布攜手深圳賽博格機(jī)器人有限公司、中國(guó)機(jī)械總院集團(tuán)沈陽(yáng)鑄造研究院有限公司、福建省鎂鑄輕量化研發(fā)中心有限公司、蘇州賽翡斯新材料科技有限公司共同簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，正式啟動(dòng)鎂合金人形機(jī)器人聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，開啟人形機(jī)器人輕量化制造的新紀(jì)元。

此外，有展商介紹，工程塑料的以塑代鋼進(jìn)程正在加速。例如聚醚醚酮（PEEK）作為特種工程塑料的標(biāo)桿，憑借高屈服強(qiáng)度與低密度，在高精度結(jié)構(gòu)件中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但其散熱性、結(jié)構(gòu)匹配性仍然有待提升。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球PEEK市場(chǎng)規(guī)模正以8%的年復(fù)合增長(zhǎng)率擴(kuò)張，預(yù)計(jì)2024年達(dá)61億元，其中機(jī)器人領(lǐng)域的占比將從當(dāng)前的5%提升至2027年的15%。

材料選擇的背后是場(chǎng)景需求的分化。因?yàn)槿诵螜C(jī)器人開始更多進(jìn)入場(chǎng)景，需要更注重結(jié)構(gòu)件的負(fù)載能力與成本控制，因此短時(shí)間鋁合金與鎂合金仍將主導(dǎo)，但由于家庭服務(wù)機(jī)器人對(duì)安全性與輕量化要求更高，例如傅利葉GR-3展示了外包皮膚用于家庭養(yǎng)老服務(wù)場(chǎng)景的可能性，這意味著未來(lái)尼龍與改性工程塑料的應(yīng)用比例有望不斷提升，而這種差異化需求也正推動(dòng)材料供應(yīng)商向定制化轉(zhuǎn)型。

▍挑戰(zhàn)與機(jī)遇：結(jié)構(gòu)件市場(chǎng)的未來(lái)展望

機(jī)器人結(jié)構(gòu)件市場(chǎng)在快速發(fā)展的同時(shí)，也面臨著技術(shù)瓶頸與產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)的雙重制約。有展商提到，材料性能的平衡難題尤為突出，例如鎂合金的耐腐蝕性與強(qiáng)度難以兼顧，即使經(jīng)過表面處理，在高濕度環(huán)境下的使用壽命仍比鋁合金短；碳纖維的軸向強(qiáng)度優(yōu)異，但橫向抗剪切能力較弱，在關(guān)節(jié)等復(fù)雜受力部位易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。這些短板導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)往往需要犧牲部分性能，部分機(jī)器人企業(yè)手臂結(jié)構(gòu)件為保證耐沖擊性，采用CF/PEEK復(fù)合材料與鋁合金的混合方案，雖解決了純碳纖維的脆性問題，卻使減重效果打了折扣。

也有展商指出，制造工藝的規(guī)?；款i同樣顯著。拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)件雖能實(shí)現(xiàn)輕量化，但傳統(tǒng)加工設(shè)備難以滿足復(fù)雜型腔的精度要求，五軸加工中心的良品率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件，達(dá)不到量產(chǎn)條件；3D打印技術(shù)雖能成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但速度慢、成本高，單件生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)，同樣難以滿足量產(chǎn)需求。這些矛盾推動(dòng)工藝創(chuàng)新向混合制造方向發(fā)展，如先通過3D打印制作預(yù)成型坯，再經(jīng)CNC精密加工修正尺寸，從而使拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)件的量產(chǎn)成本降低，為規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

有展商解釋，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同不足也制約著技術(shù)進(jìn)步，人形機(jī)器人廠商、結(jié)構(gòu)件廠商與材料供應(yīng)商的合作多停留在采購(gòu)層面，缺乏對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)合研發(fā)，導(dǎo)致專用材料的開發(fā)滯后于市場(chǎng)需求；而整機(jī)企業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)往往保密，使供應(yīng)商難以提前布局針對(duì)性產(chǎn)品，這種信息壁壘延長(zhǎng)了技術(shù)迭代周期。盡管挑戰(zhàn)重重，結(jié)構(gòu)件市場(chǎng)的長(zhǎng)期增長(zhǎng)邏輯依然穩(wěn)固。有機(jī)構(gòu)指出，從需求端看，2025年全球人形機(jī)器人預(yù)計(jì)出貨量達(dá)10萬(wàn)臺(tái)，單機(jī)結(jié)構(gòu)件價(jià)值量約5萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)50億元市場(chǎng)規(guī)模。

輕量化與小型化將推動(dòng)人形機(jī)器人向類人方向發(fā)展。因?yàn)闄C(jī)器人的發(fā)展革命，本質(zhì)上是在機(jī)器人輕量化、小型化趨勢(shì)下的一場(chǎng)“效率與性能”平衡藝術(shù)，從實(shí)驗(yàn)室的拓?fù)鋬?yōu)化模型到工廠的量產(chǎn)生產(chǎn)線，從鎂合金的成本優(yōu)勢(shì)到PEEK材料的性能極致，每一種技術(shù)選擇都折射出不同場(chǎng)景的需求優(yōu)先級(jí)。

從本屆WAIC來(lái)看，隨著人形機(jī)器人應(yīng)用邊界、落地場(chǎng)景的不斷拓展，其技術(shù)突破不僅將提升機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力，更將推動(dòng)人類與機(jī)器人協(xié)同方式的根本變革，這正是輕量化、小型化在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中不可替代的價(jià)值所在。