核心观点
- 轻量化是人形机器人商业化前夕的进修课。轻量化可以解决当前人形机器人行业的几大痛点，如续航、散热、零部件性能不达标、灵活度不足等，因此特斯拉、优必选等主流主机厂正在发力。
- 轻量化路径分为结构轻量化和材料轻量化。结构轻量化通过参数优化、拓扑优化、形态优化、集成化等方式实现“0成本”轻量化；材料轻量化通过采用轻金属、工程塑料等材料降低密度。目前，材料轻量化是主流路径，其中工程塑料PEEK、尼龙PA和镁合金是主要材料。
- PEEK材料位于工程塑料金字塔的顶端。PEEK材料性能优异，具有机械特性好、耐热等级高、耐腐蚀、加工特性优异等特点，主要应用于航空航天及汽车、电子电器等领域。但PEEK材料价格高昂，且原材料氟酮为主要来源，价格也较高，主要系氟酮和PEEK工艺&产能为铸就较高壁垒。
- 镁合金是优质的轻质合金。镁合金具备比强度高、延展性好、抗电磁干扰能力强等优点，在汽车轻量化中已成熟应用。镁合金价格相对较低，在轻量化的同时实现降本。
- 尼龙PA柔韧性优异，应用成熟。PA6和PA66是具有优异抗冲击性和柔韧性的工程塑料，需求成熟稳定，PA6格局分散，PA66较为集中。尼龙在汽车发动机、燃油供给系统、电气系统、底盘系统等已大量成熟应用，同时碳纤维增强后在工业机器人谐波减速器刚轮及第七轴驱动系统中的丝杠。
- 人形机器人轻量化：材料为辅，应用为重。在整机重量分布中，关节模组占比较大（约40%），结构件次之（约30%），外壳占比仅10%。因此，谐波减速器、滚柱丝杠、无框电机和壳体及结构件是轻量化的重点。
- 谐波减速器：PEEK刚轮是减重首选。头部厂商已有专利布局，新进入者已发布相关产品。
- 滚柱丝杠：PEEK减重效果突出，但加工难度大。PEEK材料可以通过碳纤/玻纤改性增强，在强度和刚性层面达到要求，但加工难度大，精度&效率均难以保证。
- 无框电机：轻量化的核心是磁材选择和磁路设计。“以塑代钢”可一定程度轻量化，但主要为刚性&绝缘。
- 壳体及结构件：镁合金和尼龙PA是短期和长期推广可行性大的材料。镁合金性能更优且性价比突出，尼龙PA具备高强度&柔韧性&耐腐蚀性，长期2C端有望放量。
- 轻量化材料市场空间：PEEK材料市场空间较大。综合考虑纯旋转关节方案及旋转&线性关节人形机器人重量分布及轻量化材料选择，全球百万台人形机器人（旋转&线性关节）中，PPS/改性PEEK/镁合金/改性尼龙市场空间分别为1/20/3/3亿元。
- 轻量化材料：重点关注谐波刚轮、PEEK材料。对于轻量化部件，综合减重效果、技术难度、性价比：谐波刚轮>壳体>滚柱丝杠。对于轻量化材料，综合市场空间、竞争格局、技术难度：PEEK>镁合金>尼龙。
关键数据
- 2024年PEEK纯树脂价格约在30万元/吨，氟酮价格约12万元/吨。
- 截至5月镁价处于低位，镁铝价格比仅0.87。
- 2024年我国尼龙6表观消费量达到434.91万吨，2018-2023CAGR达到8.17%。
- 2022年我国PA66产能为75.1万吨，行业开工率仅为65%。
- 全球百万台人形机器人（旋转&线性关节）中，PPS/改性PEEK/镁合金/改性尼龙市场空间分别为1/20/3/3亿元。
研究结论
- 轻量化是人形机器人产业发展的关键。材料轻量化是当前主流路径，其中PEEK、尼龙PA和镁合金是主要材料。
- PEEK材料性能优异，但价格高昂。镁合金和尼龙PA性价比更高，短期推广可行性大。
- 人形机器人产业链上下游企业应积极布局轻量化技术。重点关注谐波刚轮、PEEK材料等轻量化部件。
