一、人形机器人线性执行器的重要性

线性执行器在人形机器人中起着至关重要的作用，主要用于腿部、手臂等部位，负责让机器人行走和抬手，是实现机器人运动的关键部件。

人形机器人目前成本在 50 万左右，未来要降低到 15 - 20 万，必须发挥中国制造业低成本高效率的优势。若成本降下来，会迎来大量的替换需求。特斯拉的人形机器人主要由 28 个关节组成，包括 14 个直线关节和 14 个旋转关节。直线关节主要需要使用线性执行器，旋转关节需使用旋转执行器。人形机器人还有两只手，手指头需要使用单独的手指执行器进行控制。

线性执行器的动力源是无框力矩电机，通过滚柱丝杠将电机发出的动力转换成直线运动。目前线性执行器领域值得投资的方向有三个：一是线性执行器整机，目前基本由拓普集团负责；二是滚柱丝杠，这个领域目前主要由德国的舍弗勒供应，舍弗勒是全球滚柱丝杠的绝对龙头，国内正在开发滚柱丝杠的企业主要包括恒立液压、贝斯特和五洲新春；三是目前替代难度最大的环节，欧洲企业有很长的历史。

行星滚柱丝杠是人形机器人中线性执行器的重要部件。结构上，人形机器人一般可拆分为执行系统、感知系统和其他。其中，执行系统由线性执行器、旋转执行器、灵巧手三部分组成。线性执行器是沿着直线移动物体，主要用于人形机器人的腕、肘、膝和踝等关节。特斯拉人形机器人的线性执行器主要由无框力矩电机、行星滚柱丝杠、力传感器、编码器、驱动器等组成。

人形机器人作为具身智能的实体，能够以更人性化的方式获取详尽信息，为模型训练与智能发展提供稳固的数据支撑。在人形机器人中，线性执行器作为关键部件，其性能直接影响着机器人的运动能力和工作精度。随着科技的不断进步，线性执行器技术也将不断演进，为人形机器人的发展带来更多可能性。

二、线性执行器的技术组成

1. 动力源为无框力矩电机，通过滚柱丝杠将电机动力转换为直线运动。

线性执行器的动力源是无框力矩电机，这种电机具有高效、紧凑的特点。电机发出的动力通过滚柱丝杠转换为直线运动，滚柱丝杠在其中起着关键的作用。常见的丝杠产品包括滑动丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠等。其中，行星滚柱丝杠凭借其在效率、体积等方面的独特优势，成为人形机器人中线性执行器的重要组成部分。

行星滚柱丝杠的结构与滚珠丝杠较为类似，包括丝杠、行星滚柱、保持架、内齿轮和螺母等，其中滚动元件为行星滚柱而非滚珠丝杠中的滚珠。当丝杠旋转时，滚柱通过与丝杠之间的螺纹啮合一方面会沿着丝杠轴线方向作直线运动，另一方面会在丝杠、螺母之间作行星运动，而螺母则通过保持架使其与滚柱之间无相对轴向位移，因此螺母与滚柱保持着相同的轴向移动速度。行星滚柱丝杠通过啮合滚柱产生线接触滚动摩擦，大幅增加丝杠传动过程的接触面和受力面，与滚珠丝杠相比，在传动效率损失不大的前提下，具备高转速、高载荷、高刚度、高范围导程以及更小体积、更低噪音、更方便维护拆卸等特点。

2.    2.     目前线性执行器领域值得投资的方向包括整机、滚柱丝杠等环节

目前线性执行器领域有多个值得投资的方向。一是线性执行器整机，目前基本由拓普集团负责。拓普集团在人形机器人线性执行器整机的研发和生产方面具有一定的优势，其产品质量和性能在市场上得到了认可。二是滚柱丝杠，这个领域目前主要由德国的舍弗勒供应，舍弗勒是全球滚柱丝杠的绝对龙头。国内正在开发滚柱丝杠的企业主要包括恒立液压、贝斯特和五洲新春。这些企业在技术研发和生产制造方面不断努力，力求在滚柱丝杠领域取得突破，提高国内产品的市场竞争力。此外，滚珠丝杠作为滚柱丝杠的一种类型，也具有广泛的应用前景。滚珠丝杠在丝杠与螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽，两个圆弧形的螺旋槽对合后形成螺旋线滚道，丝杠被电机带动旋转时，滚珠在管道内做循环运动，并在螺旋槽两端设有回旋引导装置，使滚珠循环流动。相比滑动丝杠，滚珠丝杠具有传动效率高、传动精度和定位精度高、能够预紧、运动具有可逆性、摩擦损失小等特点。

从市场空间来看，全球滚珠丝杠市场规模稳健增长，中国已成为最重要的消费市场之一，长期成长空间可观。随着制造业向数字化、智能化的转型升级，机器人与生产线领域的应用占比快速增长。国内企业也在不断向中高端市场渗透，提高产品的精度和质量，满足不同客户的需求。

三、线性执行器的应用场景

1.在人形机器人领域，如特斯拉的Optimus共有28个关节，其中14个线性执行器主要应用于大臂和下肢。

在人形机器人领域，特斯拉的 Optimus 展现出了线性执行器的重要应用。Optimus 共有 28 个关节，其中 14 个线性执行器主要分布在大臂和下肢。例如，腿部的线性执行器主要分布在负责支撑和承力的髋关节、膝关节及踝关节，具有前后摆动自由度。采用线性执行器驱动器关节具有空间利用率高的优势，可以纵向布局，最大限度利用腿部内部空间，布置更大更长的电机，提供更大的推动力，如一台执行器可以吊起一台钢琴。上肢的肘关节屈伸采用线性执行器则是因为其低耗能高推力的特点，让擎天柱拥有强壮的二头肌。前臂的两个线性执行器构成并联关节主要目的是降低腕关节的尺寸，纤细的腕关节在抓握时降低关节与工件的干涉，提高抓握路径的灵活性，同时降低前臂对视觉构建及视觉位置反馈的干扰，提升控制精度。

2.在生物医疗、自动化等其他领域也有广泛应用。

线性执行器在生物医疗、自动化等其他领域同样发挥着重要作用。在生物医疗领域，线性执行器可以用于医疗设备的精确控制，如手术机器人的操作等。在自动化领域，线性执行器可以实现生产线的自动化操作，提高生产效率和精度。因时机器人的微型伺服电缸技术有望在工业自动化领域发挥巨大潜力，价格下降后将成为与常规谐波减速方案关节相互补充的主流技术方案。

四、线性执行器的发展现状

1.全球市场规模不断增长，预计未来六年年复合增长率可观。

根据相关研究，2023年全球机器人线性执行器市场规模大约为[具体数值待补充]百万美元，预计未来六年年复合增长率可观。随着人形机器人等领域的快速发展，对线性执行器的需求不断增加，推动了市场规模的持续增长。

2.主要厂商竞争激烈，包括国际和国内企业。

全球市场主要厂商有Firgelli Automations、Parker Hannifin、Bosch Rexroth、Festo和SMC等国际企业，按收入计，2023年前五大厂商共占有全球大约[具体份额待补充]的市场份额。国内企业如拓普集团、贝斯特、恒立液压、五洲新春等也在积极布局，不断提升技术水平和市场竞争力。国内企业与国际企业在技术、产品质量、市场份额等方面展开激烈竞争。

3.国内企业在部分技术上取得进展，如贝斯特成功研发行星滚柱丝杠。

贝斯特在人形机器人线性执行器核心部件行星滚柱丝杠的研发上取得了一定进展，去年已顺利出样，并紧跟客户要求，不断完善、更新、提升工艺及技术水平。此外，恒立液压在行星滚柱丝杠领域有显著的技术积累和资源投入，有望成为国产丝杠龙头；秦川机床积极布局具有人形机器人潜在应用前景的行星滚柱丝杠开发，现已逐步开始小批量生产，并进行了应用验证；五洲新春在机器人领域，已开发出灵巧手微型丝杠、线性执行器行星滚柱丝杠等新产品。国内企业在行星滚柱丝杠等技术上的突破，为国内人形机器人产业的发展提供了有力支撑。

五、线性执行器的技术挑战

1.大功率密度电机存在噪音大、效率低、温度高等问题。

大功率密度电机在人形机器人线性执行器中起着关键作用，但目前存在一些技术挑战。首先，噪音大可能会影响人形机器人在某些场景下的应用，尤其是需要安静环境的场所。其次，效率低意味着需要消耗更多的能源，这对于人形机器人的续航能力和能源利用效率是一个不利因素。此外，温度高可能会影响电机的性能和寿命，甚至可能导致故障。这些问题需要通过不断的技术研发和创新来解决，例如改进电机的设计、优化散热系统、提高材料的性能等。

2.与国外相比，国内在精密行星减速器等方面仍有差距。

与国外相比，国内在精密行星减速器等方面确实存在一定差距。国外在该领域具有较长的历史和丰富的经验，技术相对成熟。而国内企业虽然在不断努力追赶，但在技术水平、产品质量和市场份额等方面仍有提升空间。例如，在精度、可靠性、寿命等方面，国内产品可能还无法完全满足高端人形机器人的需求。此外，国内企业在研发投入、人才培养等方面也需要进一步加强，以提高自身的竞争力。不过，随着国内企业的不断努力和技术进步，这种差距正在逐渐缩小。例如，贝斯特、恒立液压、五洲新春等企业在行星滚柱丝杠等领域取得了一定的进展，为国内人形机器人产业的发展提供了有力支撑。

六、线性执行器的未来趋势

1.随着人形机器人市场的发展，线性执行器市场空间广阔，预计到2035年全球市场空间将突破1800亿元。

随着人形机器人的热度不断攀升，其市场规模也在持续扩大。据专业机构分析，到 2035年人形机器人线性执行器的全球市场空间将突破1800亿元。这一巨大的市场潜力吸引了众多企业纷纷布局。例如，特斯拉在人形机器人领域的持续投入，以及国内相关上市公司如麦格米特、英威腾等也在加速布局人形机器人执行器赛道。随着技术的不断进步和成本的降低，人形机器人有望在更多领域得到应用，从而进一步推动线性执行器市场的发展。

2.技术不断进步，有望解决现有问题，推动人形机器人的发展。

目前，线性执行器在技术方面仍面临一些挑战，如大功率密度电机存在噪音大、效率低、温度高等问题，与国外相比，国内在精密行星减速器等方面仍有差距。然而，随着技术的不断进步，这些问题有望得到解决。例如，通过改进电机的设计、优化散热系统、提高材料的性能等，可以降低大功率密度电机的噪音、提高效率并降低温度。同时，国内企业在行星滚柱丝杠等领域的不断努力，也将逐渐缩小与国外的差距。技术的进步将推动人形机器人的发展，使其在性能、精度和可靠性等方面得到进一步提升。