當(dāng)我們拆開一臺人形機(jī)器人
一、軀干骨架：鋁合金是主力，鎂合金負(fù)責(zé)減重
軀干、骨盆、髖部、肩部既要承受載荷和沖擊，又要盡可能減輕重量，因此鋁、鎂合金成為主要材料。
鋁合金：
- 7075-T6：高強(qiáng)鋁合金，用于關(guān)節(jié)殼體、承力連桿和四肢主結(jié)構(gòu)。
- 6061-T6：加工性能好，用于支架、安裝座等結(jié)構(gòu)件。
- 2024-T3：疲勞性能較好，適合高頻交變載荷部件。
- 5052：耐腐蝕性好，主要用于覆蓋件。
鎂合金：
- AZ91D：常用于壓鑄殼體，優(yōu)勢是輕。
- ZM5：稀土鎂合金，可用于傳動(dòng)箱體等部件，在減重和降噪方面具有優(yōu)勢。
- WE43：耐高溫稀土鎂合金，可用于對重量和耐熱性要求較高的關(guān)節(jié)等部位。
二、關(guān)節(jié)與傳動(dòng)：不追求輕，只追求“耐用”
肩、肘、髖、膝——這些關(guān)節(jié)每天承受沖擊、扭矩、反復(fù)摩擦。在這里，疲勞壽命和耐磨性永遠(yuǎn)優(yōu)先于減重。
鋼鐵仍是主力：
- GCr15（SUJ2）：高碳鉻軸承鋼，用于軸承、諧波減速器波發(fā)生器、行星滾柱絲杠等耐磨部件。
- 42CrMo：高強(qiáng)高韌，用于軸類和高強(qiáng)度螺栓。
- 50CrMo4：用于行星滾柱絲杠主絲杠、諧波減速器剛輪等承力部件。
- 40Cr：用于諧波減速器柔輪等需要反復(fù)變形的部件。
PEEK 不會替代鋼，但它會出現(xiàn)在耐磨件、絕緣隔套、傳感器彈性體、關(guān)節(jié)內(nèi)部復(fù)雜小件上。它耐磨、耐熱、耐腐蝕、絕緣性好，但價(jià)格極高，只適合“好鋼用在刀刃上”。
三、手臂、腿部和外殼：輕量化主戰(zhàn)場
手臂和腿部的重量會影響關(guān)節(jié)負(fù)載、運(yùn)動(dòng)能耗和整機(jī)動(dòng)態(tài)性能，因此輕量化是重要的設(shè)計(jì)方向。這里也是鋁、鎂、鈦合金，以及碳纖維、工程塑料等輕質(zhì)材料的重要應(yīng)用區(qū)域。
7075-T6 鋁合金憑借綜合性能和成熟供應(yīng)鏈，仍是四肢連桿和外殼的主力材料。
AZ91D、WE43 鎂合金則用于對減重要求更高的部位，隨著壓鑄工藝成熟，應(yīng)用逐步增加。
TC4（Ti-6Al-4V） 鈦合金比強(qiáng)度高，但材料和加工成本較高，因此更多用于對強(qiáng)度和重量要求較高的關(guān)鍵部位。
碳纖維和工程塑料：輕量化的另一條路線
碳纖維適合四肢外殼、輕量化連桿等對重量敏感的部件，但成本和加工難度較高；PC、ABS、PA、POM、PPS、TPU等工程塑料則更適合外殼、護(hù)罩、固定件和緩沖件等量產(chǎn)場景。
四、靈巧手：鈦合金與柔性材料的結(jié)合
靈巧手是全身對重量最敏感、對強(qiáng)度要求最高的部位之一。手指要在極小空間內(nèi)集成多個(gè)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，還要抓取數(shù)倍于自身重量的物體。
比強(qiáng)度高達(dá)214，能在保證剛度的前提下將手指骨架重量壓到極致。加工工時(shí)是鋁合金的8-12倍，但為了負(fù)載與自重的完美平衡，這筆投入完全值得。人形機(jī)器人手部骨架中 TC4 的使用比例，遠(yuǎn)高于工業(yè)機(jī)器人。
指尖和指腹：柔性材料決定觸感
硅膠、橡膠、TPU：提供柔順性、摩擦力和緩沖，防止捏壞物體。
柔性薄膜材料：若集成觸覺傳感器，還要與傳感膜層配合，實(shí)現(xiàn)精細(xì)力反饋。
五、腳底：防滑耐磨，還要感知地面
機(jī)器人走路時(shí)，腳底要接觸地面、吸收沖擊、防滑、耐磨，還可能集成壓力傳感器和觸覺陣列。
常見材料
- 橡膠、TPU、耐磨彈性體：提供摩擦力和柔性緩沖，減少打滑和沖擊。
- 柔性壓力薄膜：集成在足底，用于檢測受力分布，實(shí)現(xiàn)足底力感知。
- 局部緩沖材料：吸收落地瞬間的沖擊，提高行走舒適性和穩(wěn)定性。
六、軀干、電池包和散熱：安全比減重更優(yōu)先
電池包是人形機(jī)器人的"心臟"，也是安全風(fēng)險(xiǎn)最高的部件。在電池包外殼的設(shè)計(jì)上，工程師們的首要考量不是輕，而是"絕對安全"。
低合金高強(qiáng)鋼 Q345 和 Q460 憑借其出色的抗沖擊性能和成本優(yōu)勢，被廣泛用于電池包外殼和局部承力件。為了兼顧輕量化與安全性，行業(yè)也開始探索復(fù)合結(jié)構(gòu)。
為了降低重量，同時(shí)保持安全性能，行業(yè)開始探索多材料復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如，F(xiàn)igure AI的F.03機(jī)器人電池外殼，就采用了"高強(qiáng)度沖壓鋼 + 壓鑄鋁 + 結(jié)構(gòu)膠"的組合方案。
- ? 沖壓鋼：提供核心防護(hù)能力，承擔(dān)抗穿刺、抗擠壓和結(jié)構(gòu)承載。
- ? 壓鑄鋁：降低整體重量，同時(shí)輔助電池散熱。
- ? 結(jié)構(gòu)膠：增強(qiáng)鋼鋁連接強(qiáng)度，提高整體剛度，并參與載荷傳遞。
內(nèi)部熱管理
導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱硅脂：把電池和功率器件的熱量導(dǎo)到外殼。
防火隔熱材料、灌封膠、絕緣膜：防止熱失控?cái)U(kuò)散。
七、線束與電子系統(tǒng)：銅材構(gòu)成機(jī)器人的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”
在人形機(jī)器人的電氣系統(tǒng)中，銅承擔(dān)著類似“神經(jīng)傳導(dǎo)”的作用。電池、電機(jī)、傳感器和控制系統(tǒng)之間的大量能量與信號傳輸，都離不開高性能導(dǎo)電材料。