人形機(jī)器人如火如荼：關(guān)節(jié)軸承迎來新需求

關(guān)節(jié)軸承屬于球面滑動(dòng)軸承的范疇，主要分為油脂潤滑型與自潤滑型兩大類。其中，自潤滑關(guān)節(jié)軸承憑借免維護(hù)、高精度、長壽命、強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性等突出優(yōu)勢(shì)，成為機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理想選擇，未來有望逐步替代傳統(tǒng)的油脂潤滑方案。

關(guān)節(jié)軸承 來源：威爾軸承

自潤滑關(guān)節(jié)軸承是一類無需額外補(bǔ)充潤滑劑的特殊關(guān)節(jié)軸承，其核心原理是在軸承的相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸面，通過涂覆、電鍍或粘結(jié)等工藝附著一層固體潤滑材料，以此有效降低部件間的摩擦阻力，進(jìn)而延長軸承使用壽命。

人形機(jī)器人可通過增設(shè)連桿結(jié)構(gòu)與線性關(guān)節(jié)，優(yōu)化整機(jī)質(zhì)心分配與運(yùn)動(dòng)慣性，其關(guān)節(jié)主要分為三大核心構(gòu)型，其中旋轉(zhuǎn)+連桿構(gòu)型是關(guān)節(jié)軸承的主要應(yīng)用場(chǎng)景：

旋轉(zhuǎn)+連桿構(gòu)型：將旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器與連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合，借助機(jī)構(gòu)學(xué)設(shè)計(jì)把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為特定軌跡的直線或擺動(dòng)輸出，兼具動(dòng)作靈活性與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

踝關(guān)節(jié)采用旋轉(zhuǎn)+連桿構(gòu)型結(jié)構(gòu) 來源：九光智能

旋轉(zhuǎn)+線性構(gòu)型：采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星滾柱絲杠或滾珠絲杠，直接將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為高推力的直線運(yùn)動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)構(gòu)型：基于“電機(jī)+減速器”的組合實(shí)現(xiàn)純旋轉(zhuǎn)輸出，廣泛應(yīng)用于肩、髖等需要大角度回轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)部位，同時(shí)通過減速器達(dá)成高扭矩密度與結(jié)構(gòu)緊湊的布局目標(biāo)。

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)軸承主要應(yīng)用類型為桿端關(guān)節(jié)軸承。桿端關(guān)節(jié)軸承的球面滑動(dòng)結(jié)構(gòu)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)俯仰、偏航及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。桿端關(guān)節(jié)軸承與配套連桿形成復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠解決人形機(jī)器人手腕/腳踝等部位的多自由度運(yùn)動(dòng)需求。

關(guān)節(jié)軸承按接觸角與承載方向可以分為四類 來源：麥高證券研究發(fā)展

從具體應(yīng)用場(chǎng)景來看，關(guān)節(jié)軸承在人形機(jī)器人多關(guān)節(jié)部位均展現(xiàn)出明確的應(yīng)用潛力。在腕關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)，由于需仿生人體實(shí)現(xiàn)多方向復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承難以滿足需求，“關(guān)節(jié)軸承+連桿”的設(shè)計(jì)方案成優(yōu)選。其中手肘部位有望部署2個(gè)關(guān)節(jié)軸承，手腕部位部署3個(gè)，通過協(xié)同作用應(yīng)對(duì)多向載荷，保障運(yùn)動(dòng)精度。

來源：AppSo

踝關(guān)節(jié)作為實(shí)現(xiàn)雙自由度運(yùn)動(dòng)的核心承重部件，對(duì)軸承的負(fù)載均衡與靈活偏轉(zhuǎn)能力要求極高。參考特斯拉雙線性執(zhí)行器的踝關(guān)節(jié)方案，單關(guān)節(jié)有望配置3個(gè)關(guān)節(jié)軸承，以滿足復(fù)雜場(chǎng)景下的運(yùn)動(dòng)需求與承載強(qiáng)度。膝關(guān)節(jié)則依托多連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化負(fù)載力矩曲線，其核心轉(zhuǎn)動(dòng)副與連桿連接點(diǎn)對(duì)軸承性能提出綜合要求，參考特斯拉Optimus機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，單膝有望應(yīng)用5個(gè)關(guān)節(jié)軸承，憑借其球面滑動(dòng)特性適配多方向負(fù)載與微小角偏轉(zhuǎn)，保障關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性與自由度。

Optimus人形機(jī)器人膝關(guān)節(jié) 來源：特斯拉 AI Day

此外，髖關(guān)節(jié)與靈巧手指關(guān)節(jié)也存在明確的應(yīng)用潛力。髖關(guān)節(jié)需實(shí)現(xiàn)前擺、側(cè)抬、旋轉(zhuǎn)等多自由度運(yùn)動(dòng)，采用連桿結(jié)構(gòu)搭配關(guān)節(jié)軸承，可在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、控制成本的同時(shí)保障運(yùn)動(dòng)靈活性，單關(guān)節(jié)有望應(yīng)用3-5個(gè)；若靈巧手采用連桿方案，單指關(guān)節(jié)則可能部署2-4個(gè)關(guān)節(jié)軸承，進(jìn)一步提升手指操作的精準(zhǔn)度與靈活性。

參考來源：特斯拉，智元機(jī)器人

隨著人形機(jī)器人行業(yè)的快速迭代與規(guī)模化落地，對(duì)高性能、定制化關(guān)節(jié)軸承的需求將持續(xù)攀升。相信伴隨材料技術(shù)的革新與制造工藝的升級(jí)，關(guān)節(jié)軸承有望在輕量化、高承載、長壽命等維度實(shí)現(xiàn)突破，進(jìn)一步賦能人形機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)安防等多領(lǐng)域的深度應(yīng)用，成為推動(dòng)人形機(jī)器人技術(shù)成熟與產(chǎn)業(yè)普及的關(guān)鍵支撐之一。

參考來源：

各企業(yè)官網(wǎng)

麥高證券《新需求、新機(jī)遇，關(guān)節(jié)軸承迎人形機(jī)器人發(fā)展浪潮》