为何追求轻量化?
轻量化设计就是在满足机器人功能和性能要求的前提下，通过优化结构、选用轻质材料、改进制造工艺等手段，尽可能地减轻机器人的重量。通过轻量化减重，人形机器人可以实现更长的续航以及更高的运动动态响应速度。
轻量化设计使机器人各个关节以及躯干实现减重，可以提升续航能力，降低人形机器人各个关节在运行时的转动惯量。转动惯量越低，人形机器人电机实现加速与减速所需扭矩更低，在运动中就表现为更高的动态响应速度。
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轻量化材料替换逻辑
原材料替换主要逻辑为采用更低密度的金属材料。碳纤维、镁合金、高性能工程塑料PEEK的密度都显著低于不锈钢、高强度钢、铝合金等主流轻量化材料为基准。从性能角度看，高性能工程塑料、镁合金与铝合金的屈服强度和比强度相差无几，原材料替换时对结构强度的影响可以忽略不计；碳纤维材料的屈服强度和比强度远高于其他轻量化材料，但受限于成本无法大规模应用。因此，镁合金及PEEK为主流替换方案。
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镁合金：成本和工艺双突破，打开应用新空间
从轻量化角度看，铝合金的上位替代为镁合金、碳纤维材料等。其中，镁合金密度为铝合金的2/3,但过去原材料成本较高，且工艺复杂；碳纤维材料虽能大幅降低产品重量，但成本高昂使得终端产品的价格定位较高，无法大批量应用。而当前，镁合金原材料成本下行以及镁合金制造工艺的不断拓展和优化，使得镁合金性价比逐渐凸显，过去的牵制因素有望得到优化。
价格方面：2021年前镁铝价格比长期高于1.5，镁材渗透动力不足；近年来伴随镁材价格走弱，镁铝比降至接近1.0,价格压力逐步缓解。
工艺方面：半固态镁合金压铸工艺提高镁合金加工工艺安全性，复合涂层工艺提高镁合金抗腐蚀与抗氧化能力，镁合金使用性能不断提高。
宝武镁业和埃斯顿机器人联合推出镁合金工业机器人新品“ER4-550-MI”，其轻量化设计相较于铝合金版本减轻自重11%，因此该款机器人不仅提升了5%的节拍速度，还在减震、电磁屏蔽和散热方面有所提升，增强了机器人运行的稳定性。此外，在能耗方面，采用镁合金的机器人能耗降低了10%。在人形机器人应用中，由于人形可移动性及结构部件数量较多，镁合金应用的能耗降幅有望更多，在骨骼、外壳等部件应用可期。
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PEEK材料：综合性能优异，“以塑代钢”的理想之选
与金属材料相比，PEEK性能全面胜出，具有机械特性好、阻燃性好、耐磨、耐腐蚀、耐水解性、耐热、耐剥离以及生物相容等一系列特点。
机械特性：兼具高刚性（拉伸模量4300MPa）与良好韧性（缺口冲击强度8KJ/mm²），抗疲劳性可与合金媲美；
耐热阻燃：长期使用温度达250℃，无需添加阻燃剂即可达到最高阻燃等级（UL94V-0）；
耐腐蚀与耐磨：耐化学腐蚀性接近镍钢（仅浓硫酸可破坏），250℃下仍保持高耐磨性，摩擦系数优于多数工程塑料；
特殊性能：吸水率极低（23℃饱和吸水率0.4%），耐水解性强，且具有优异的生物相容性与绝缘性。
与其他工程塑料相比，在刚性方面优于绝大多数特种工程塑料的同时，也兼具韧性，展现了全面的机械性能，此外在耐热、耐磨、耐腐蚀等方面也均表现优异。
这些性能使得它成为机器人关键部位的理想选择。例如，在机器人的关节部位，PEEK材料能够承受频繁的运动和较大的负载，确保关节的稳定性和耐用性。此外，PEEK材料还具有良好的自润滑性，能够减少关节部位的摩擦和磨损，延长机器人的使用寿命。PEEK材料还具有优异的热稳定性，能够在极端温度条件下保持其性能的稳定，从而确保机器人的可靠性和安全性。
目前制约PEEK材料大规模使用的主要因素为成本较高，原因在于：
①PEEK材料生产工艺复杂，扩产难度高且周期长，供给端无法快速放量降本；
②核心原材料氟酮市场空间小竞争格局集中，企业降价意愿低。
人形机器人打开PEEK材料应用场景，其成本有望逐步下探，我们判断PEEK材料可最先用于人形机器人核心部件中的以塑代钢。
轻量化：机器人实用化的核心推力
轻量化是人形机器人向高性能、实用化迈进的关键一步，而PEEK材料的创新应用，正为这一目标提供坚实支撑。随着成本优化与工艺升级的持续推进，轻量化材料将在人形机器人的骨骼、关节、外壳等核心部位发挥更大作用，推动其在工业、服务、家庭等场景的广泛落地。未来，更轻、更高效、更耐用的人形机器人，或许将离我们的生活越来越近。
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