2025中国(上海)国际电缆工业展览会

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人形机器人用线缆及材料的技术要点与市场空间浅析

最近中共中央、国务院关于深化养老服务改革发展的意见中提出，重点推动人形机器人、脑机接口、人工智能等技术产品研发应用。国常会也提出促进“人工智能+消费”，越来越多的AI+应用场景出现在日常生活中，智能终端和服务也越来越常见，以“春晚”爆红的人形机器人为例，人形机器人在工业、消防、养老等领域的应用，均被市场寄托了较高的期待。

人形机器人用线缆性能要求

以特斯拉Optimus为例（图1），人形机器人用线缆主要有动力电缆、伺服电缆、编码器和传感器电缆等，满足大脑、电池组、躯干、旋转关节、线性关节和灵巧手等各部件的电能和信号传输。由于机器人需要频繁运动、弯曲关节，或者进行特殊场景的工作等，机器人电缆在满足基本的电力和信号传输功能之外，还需要具备柔韧性、耐磨损、高抗干扰性以及耐高温等特性，使得机器人电缆能够在高速运动、频繁弯曲的情况下保持稳定的电力连接和信号传输。相应的，除了基本性能外，人形机器人用线缆材料也需要具备柔韧性、耐磨损和耐高温等特性。

图1：特斯拉Optimus人形机器人采用集成化方案，追求较高轻量化和紧凑结构，手部采用轻量高效的空心杯电机，身体部位采用无框电机等构成的一体化关节。人形机器人用线缆目前没有标准，为了分析方便，人形机器人的基本结构可简化为“躯干+5个活动关节（头和四肢）”，也可视其为“一个基本电气设备（躯干）连接了五个形状不同的机械臂（头和四肢）”。人形机器人中的电缆按使用特性可分为三类：连接电池组电源需要动力线，连接无框电机需要伺服电缆以及编码器和传感器需要信号电缆。TICW 21-2019《工业机器人用柔性电缆》规范适用于工业机器人或机械臂用、拖链用及工业自动化设备用柔性电缆，包括0.6/1kV及以下动力电缆、300/500V及以下控制电缆、伺服电缆以及30V信号电缆，这也适用于相似使用条件下的其它类型机器人。故可以参照TICW 21-2019《工业机器人用柔性电缆》来分析其电缆性能要求和材料特点。机器人线缆连接（图2）是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。除了常规性能，沿机器人或上下肢敷设，随机器人运动，并为其提供动力或传输信号的电缆不仅需要耐弯扭，还需要由多于一组的对线组、三线组或四线组或更多线芯绞合成的单元组成的多单元电缆。这些线缆除了常规性能，还需满足护套耐磨试验、成品电缆扭转试验、成品电缆循环弯折试验和三维组合扭转弯折试验等柔韧性要求（部分试验示意图如图3）。

图2：机器人线缆连接

图3：扭转试验和循环弯折试验示意图

人形机器人线缆用材料性能要求

TICW 21-2019规定的机器人用柔性电缆正常运行时的导体工作温度为70℃、90℃和130℃，满足70℃、90℃的绝缘材料为聚氯乙烯、热塑性弹性体、聚乙烯和聚丙烯，满足130℃的绝缘材料为乙烯-四氟乙烯共聚材料。满足70℃和90℃的护套材料为聚氯乙烯、热塑性弹性体和聚氨酯弹性体（见表1）。虽同为热塑性弹性体材料，代号为S和S2为热塑性弹性体材料TPE或类似合成材料（抗张强度最小10.0N/mm2），代号S3为热塑性弹性体材料TPEE或类似合成材料（抗张强度最小30.0N/mm2）。除了常规性能，人形机器人线缆对护套材料有耐磨、抗水解和皂化等特定性能需求，其中热塑性弹性体护套需满足抗水解性能，聚氨酯弹性体护套需满足抗水解性能和护套皂化试验等。表1：机器人用柔性电缆绝缘材料和护套材料

人形机器人线缆及材料市场空间

数据显示，截至2024年2月份，全国人形机器人存量企业为24747家、国家级专精特新企业1051家。根据高工机器人产业研究院的预测，到2034年，中国的人形机器人市场年销售量有望超过100万台。人形机器人线缆及材料市场空间依托于人形机器人的市场需求，很多专家普遍认为其可以参照智能手机的市场需求。在此我们参照智能手机的市场需求演变曲线（图4），并且考虑机器人的价格和产品更新换代时间，以汽车保有量（图5）的数量作为有效购买需求来粗略测算，以求抛砖引玉。为了方便，把所有的线缆类型简化为RVV，3×1.5mm2，假设每个机器人所用电线长度=2×8=16(m），10年内保有数量15亿个，对应总长度约2400万km。RVV 3×1.5mm2外径8.5mm，护套厚度0.9mm，密度1.4g/cm3。护套料重量约为72万吨。

图4：智能手机的市场需求演变曲线

图5：汽车保有量

结语

人形机器人集成了人工智能、高端制造、新材料等先进技术，本质是人工智能技术与机器人机电技术的深度融合，属于人工智能在具身智能（EAI）方向的应用落地，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车之后的颠覆性产品，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业发展格局。线缆工业是一个以市场需求为拉力，技术进步为推力，以线缆材料的发展为基础不断创新的过程。如今，创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念深入人心，国家大力发展新一代信息技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业，以及大力推动互联网、大数据、人工智能等各产业深度融合，推动先进制造业集群发展等政策，上述各领域的发展给光电线缆及其所用材料行业将带来巨大的新机遇，上下游会携手共进，一起奔向更加美好、更加灿烂的明天。