中国粉体网讯 人形机器人，融合了人工智能、自动化控制与仿生技术，外形模仿人类，具备行走、抓握、交互能力，在制造业、服务业及科研领域广泛应用。近年来，人形机器人正从实验室走向商业化，成为智能社会的重要组成部分，2024年被誉为“人形机器人觉醒之年”。高盛预测，到2035年，全球人形机器人市场规模将达380亿美元，出货量预计达140万台。
根据工信部《人形机器人创新发展指导意见》，可以将人形机器人产业链分为大脑（感知、决策、人机交互）、小脑（运动控制）和肢体三个方面。发展人形机器人产业链需要攻克人工智能算法、先进传感器、轻质高强材料等一系列关键核心技术，必将带动相关技术加速突破和进步。
人形机器人上、下游产业链（图源：徐程浩等）
人形机器人作为技术尖端产物，核心构造有线性执行器、旋转执行器和灵巧手。这三大执行器约占人形机器人零部件的73%，是构建人形机器人的重要基石。这些执行器的精密运作依赖于一系列高精度零件，包括丝杠、电机、减速器、传感器、轴承等。
人形机器人核心零部件（图源：徐程浩等）
结合人形机器人的核心构造及高精度零部件，我们一起来了解其可能会用到哪些金属材料。
稀土磁材：无框力矩电机及空心杯电机核心材料
无框电机属于伺服电机的一种，是驱动人形机器人执行器工作的动力来源。无框电机消除了传统电机的铁芯，结构紧凑小巧，可实现更高的功率密度，具有低能耗和低摩擦的特点。
科尔摩根无框电机
空心杯电机属于直流永磁的伺服电机，是一种微特电机（尺寸不超过40mm）。空心杯电机体积小、高效、低噪音，具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性，技术先进性十分明显。
第三代稀土永磁材料钕铁硼，为人形机器人中重要核心零部件无框力矩电机、空心杯电机的核心材料，在所有材料中价值量占比较高，其作用主要为电产生磁场，从而与线圈相互作用，实现电能到机械能的转换。
宁波韵升伺服电机用永磁转子组件
钕铁硼永磁材料具有高磁能积、高矫顽力、体积小、质量轻、稳定性强的特性，其中高性能钕铁硼具有极高的尺寸精度，磁性均匀性和一致性好，易加工成各种形状尺寸，特别适用于高功率、高磁场领域以及小型化、轻量化的各种产品。在人形机器人轻量化、体积小的要求下，高性能钕铁硼有望成为电机永磁材料的最优解。
钢材：谐波减速器的主要材料
谐波减速器是旋转执行器的核心部件。谐波减速器由波发生器、柔轮、刚轮组成，其工作原理是利用波发生器使柔轮产生可控弹性变形，并与刚轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
绿的谐波减速器
谐波减速器主要由钢材制成。柔轮材料基本为40Cr合金钢，40Cr是一种优质碳素结构钢，它具有较好的淬透性、回火稳定性和抗腐蚀能力。刚轮材料国内厂家一般使用工具钢或铸钢，而日本哈默纳科则采用球墨铸铁。波发生器由柔性轴承和凸轮组成，其材质采用工具钢或碳钢。
在碳钢的基础上添加铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不致脆化。含铬特钢用于行星滚柱丝杠、谐波减速器中，使这些部件的强度、耐磨性等性质得到整体增强。此外，人形机器人外壳也可使用含铬涂层，以提高表面亮度和硬度。
铝合金、镁合金：人形机器人轻量化材料
肢体骨骼是支撑人形机器人进行各种行动的基本框架，其应用场景包括外壳材料、脊椎、大臂、小臂、大腿、小腿等结构件。目前人形机器人肢体骨骼的常用材料包括钢材、铝合金、镁合金、碳纤维等。
其中镁合金具有较多优点：其密度仅为1.8g/cm3，在所有结构用合金中最轻；比强度、比刚度高，为一般塑料的10倍；耐振动性好；电磁屏蔽性佳，镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰；散热性好，比热与水接近，是常用合金中最高者。
工装刀具：铜镀层丝与硬质合金刀具
在谐波减速器的制造工艺中，慢走丝工艺主要使用铜镀层丝，而滚插齿工艺则使用工具钢刀具或硬质合金刀具；在行星滚柱丝杠的制造工艺中，磨削工艺主要使用传统的刚玉砂轮及CBN砂轮材料，车削工艺中车刀使用材料包括高速钢、硬质合金、超硬材料三类。
参考来源：
[1]徐余恒等：全球人形机器人的进化之路，上海科学技术情报研究所
[2]王聪聪等：人形机器人发展动向、趋势研判，及有关建议，中国电子信息产业发展研究院未来产业研究中心
[3]徐程浩等：人形机器人技术与产业发展研究，湖南大学电气与信息工程学院
[4]光大证券：人形机器人加速发展，钕铁硼、镁合金显著受益
[5]国海证券：人形机器人量产在即，新材料蓝海广阔
（中国粉体网编辑整理/平安）
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