今天分享的是人形机器人系列深度研究报告：《人形机器人专题：行星滚柱丝杠——高精技术集成之作， 人形机器人线性关节》。

（报告出品方：华鑫证劵）

行星滚柱丝杠是人形机器人优质细分赛道

以特斯拉Optimus为例，单台人形机器人需要14个行星滚柱丝杠，单价约2,000元/个，单台价值量在2.8万元以上。横向对比机器人其他部件，行 星滚柱丝杠占人形机器人价值量较高，其毛利率可达60%，盈利能力位居前列。

滚柱丝杠壁垒高，国产替代前景广阔 滚柱丝杠技术壁垒和价值量高，应用空间增量前景广阔，但国产化率低。相较于滚珠丝杠，滚柱丝杠具备载荷大、精度高、体积小、使用寿命长等特点，更适配于人形机器人领域。由于滚柱丝杠加工流程长、制造壁垒高，相应价值量较高。未来随着冷锻等工艺趋于成熟，行星滚柱丝杠制造成 本有进一步下探空间。国内行星滚柱丝杠市场集中度较高，目前外国企业占据8成市场份额，而国内南京工艺等国内企业产品性能与外国产品差距较 小，国产替代前景广阔。

乘人形机器人东风，市场空间快速放量 机器人的复杂性和功能乃至能力取决于其总自由度的数量以及自由度的配置和控制方式。随着机器人的复杂性和功能性增加，人形机器人自由度数 量也将持续上升，人形机器人自由度上限可参考人体上限可参考人体有数百个自由度，而丝杠是实现人形机器人的线性关节，是实现人形机器人自 由度的关键部件。从未来市场空间来看，2030年人形机器人出货量有望达205.0万台，对应2870.3亿元的市场空间，到2030年，应用于人形机器人 的行星滚柱丝杠价值量为229.6亿元，CAGR为154.1%。

行星滚柱丝杠介绍

导程是丝杠旋转前进中螺母运动的距离。PRS主要组成元件有：丝杠1，其螺 纹牙型是直角的三角形螺纹（至少是3线螺纹）；螺母7，其内螺纹牙型与丝杠 相同；滚柱5，其螺纹牙型是直角的圆弧螺纹 (单线螺纹)，在每个滚柱的末端 都有一个圆柱形的枢轴和齿轮。枢轴安装在挡板2的圆孔内，这确保了滚柱的 径向均匀分布。轮齿与内齿圈4 啮合，这使得滚柱轴向平稳地运行。挡圈3，用 来锁紧挡板。平键6，用于联接所传动的物体，其结构简单，拆装方便，对冲 性好，适合高速、承受变载、冲击的场合。 螺纹线数：沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿轴向等距分布的两条或 两条以上的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。 螺距（p）是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 导程（ph）是同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

单线螺纹时，导程=螺距；多线螺纹时，导程=螺距×线数。

导程精度是PRS的关键指标

导程精度是划分等级的核心指标，C0精度等级最高。在传动中，实际移动距离和理想移动距离的偏差，其中有分为三种情况：1）旋转一周的 运行精度；2）整根丝杠的运行精度；3）任意300mm的运行精度。一般情况下导程精度是指运行300mm的精度。 一般来说，普通机械采用C10-C7级，数控设备一般采用C5-C3级。航空制造设备，精密投影及三坐标测量设备等一般采用C3、C2精度。另 外，C10-C7级一般采用轧制方法制造，C5级及以上采用磨削方法制造。

滚柱丝杠和滚珠丝杠比较优势在于精度、载荷、寿命等多方面

滚珠丝杠螺母组件包含多个滚珠轴承，能够处理中等负载的滚珠轴承有最小尺寸要求。与相似尺寸和导程的滚柱丝杠相比，滚珠轴承的半径 需要更粗糙的螺距，导致接触点更少。加上较小的接触半径和允许轴承互相接触的设计，限制了滚珠丝杠的DLR（ Dynamic Load Rating ）， 导致较低的力和较短的使用寿命。相比于传统的滚珠丝杠传动，行星滚柱丝杠传动呈现多副(螺纹副和齿轮副)、多体(多个零件参与啮合传递 运动和动力)、多点(螺纹副多点接触)的啮合特征，故在相同丝杠直径下，行星滚柱丝杠比滚珠丝杠的承载能力提高6倍，相同负载下节省1/3 空间，寿命提高14倍，工作环境温度范围提高2倍。 在实际应用中，滚柱相对于螺母无轴向运动，丝杠转速可达6000r/min，螺母直线速度可达2m/s。采用行星滚柱丝杠作为传动机构的EMA 与采用滚珠丝杠的EMA相比相同推力下重量减少30%，相同重量下推力提升50%。而且，行星滚柱丝杠可采用微小导程(螺距可达0.3mm)， 不仅更便于控制传动精度和提升动态频响，而且由于更多接触点同时参与传力，能够实现重载条件下的超高精密传动。

行星滚柱丝杠在军工和民用均有大量应用场景

国外行星滚柱丝杠产品已经在军工装备、汽车自动化产线、大型机床、电动执行器等产品领域获得规模商业化应用。在民用领域，行星滚柱 丝杠与电机一体化形成电动执行器，国外已经在阀门执行器、塑料机械、无人汽车、六自由度模拟器、高端汽车生产线等领域得到应用。行 星滚柱丝杠在国外军品应用案例包括 F-35B 战斗机电动起落架、潜艇自由度模拟仿真平台、电动造波机、 美国鱼鹰战斗机航空武器悬挂发射 系统装置、美国武装直升机的航空武器悬挂发射系统装置和螺旋桨高低调节装置等。 行星滚柱丝杠属于精密传动零部件，国内目前行星滚柱丝杠加工制造设备主要有采用滚珠丝杠制造设备或者研发专用制造设备，加工精度基 本可以达到 G5 级精度。国内行星滚柱丝杠厂商受加工设备、加工工艺、材料和热处理工艺、测试设备、产业工人等因素的制约导致产品无 法实现规模化地商业推广和应用。在替代国外进口产品以及未来全电动装备发展中，行星滚柱丝杠存在着巨大的市场应用前景。

报告来源/公众号：【海选智库】
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