机器人轻量化概述 - 机器人轻量化技术显著提升运动性能、能耗效率和灵活性，同时降低安装维护成本并拓展应用边界至太空探索、深海探测等特殊领域[2] - 2025年北京亦庄半程马拉松中6支机器人队伍完赛，完赛率30%，暴露了轻量化、运控能力和零部件可靠性等性能短板[6][11] - 轻量化解决人形机器人续航痛点，卓益得通过减重40%将续航从2小时提升至6小时[14] - 特斯拉Optimus Gen2相比前代减重10kg，步行速度加快30%，展示轻量化对性能提升效果[15] 机器人轻量化优势 - 减重10%可使新能源汽车续航增加5-8%，市区工况下减重20%可减少15%能耗，该规律同样适用于机器人[23] - 轻量化降低电机功率需求，减弱对电池能量密度要求，同时减少重力势能和转动惯性带来的能耗[18] - 模组重量下降提升任务执行灵活性和精确度，减少关节磨损延长使用寿命[21] - 家庭场景中轻量化降低安全隐患，避免断电摔倒时对人员和物品的损害[22] 轻量化实现路径 - 结构优化通过拓扑优化实现，如天工Ultra腿部承力结构材料分布优化大幅降低自重[29] - 零部件替换采用高性能产品，如高效率高功率密度电机减少所需数量[30] - 原材料替换使用铝合金、镁合金等轻质材料，科盟创新PEEK谐波减速器减重61%[32][33] - 特斯拉Optimus Gen2采用CF/PEEK复合材料使手臂减重70%，整机减重10kg[55] 材料轻量化进展 - 镁合金密度1.7-1.8g/cm³，比铝合金轻30%，已在奥迪A8等车型成熟应用[59][63] - PEEK材料比强度达130-230MPa/(g/cm³)，耐高温250℃，是"以塑代钢"优选材料[75][76] - 尼龙PA66通过玻璃纤维增强可应用于机器人传动部件，减重60%保持0.5μm精度[120] - 碳纤维抗拉强度3.5-7.0GPa，密度仅为钢1/4，2024年全球市场规模达57.5亿美元[126][131] 核心部件轻量化案例 - 无框电机整体质量更轻体积更小，科尔摩根帮助UR机器人减少轴承等部件数量[137][138] - 谐波减速器通过柔轮形状优化和特种材料应用实现减重同时保持刚度精度[140] - 行星滚柱丝杠采用铝基复合材料滚动体，耐磨性能优于钢材且实现轻量化[151] - 天链机器人一体化关节扭矩密度达450Nm，通过高度集成实现体积重量大幅缩减[160]