机器人研究系列21-特斯拉V3到底是金属丝腱绳还是UHMWPE 纤维腱绳
$骏鼎达(SZ301538)$ $南山智尚(SZ300918)$ $大业股份(SH603278)$
【骏鼎达-键绳材料对比研究】
A. 灵巧手方案信息更新：
1. 腱绳方案逐步成为国内外共识。腱绳传动是 Tesla、Shadow Robot 等海外厂商普遍采用的传动方案，国内厂商今年也逐步从齿轮/连杆等方案向腱绳传动过渡，灵心巧手 Linkerbot 的 L30以及灵巧智能的 DexHand021 均采用腱绳传动方案，分别拥有 25/19 个自由度。腱绳传动是人形机器人灵巧手的主流传动方式，特斯拉Optimus灵巧手创新型采用“行星齿轮箱+丝杠+腱绳”结构，奠定腱绳材料在灵巧手系统中的核心地位。
2. 材料对比选择-UHMWPE纤维：
1) 中国是 UHMWPE 的主要生产基地之一，2023 年产量达 1.33 万吨，占全球总产量 2.68 万吨的 49.7%。UHMWPE 纤维全球市场集中度较高，2023 年 CR3 达 75.16%，头部企业包括美国埃万特、美国霍尼韦尔、日本 Toyobo 以及中国的九州星际、同益中、南山智尚等，其中南山智尚拥有自研抗蠕变型 UHMWPE 专利，拉伸强度达 42cN/dtex，处于国内第一梯队。
2) 应用方向：除灵巧手外，UHMWPE 还可用于机器人关节、外壳增强、骨架材料等领域，人形机器人大规模应用后带动的需求量有望进一步提升。
3) 对比金属丝优势：当前腱绳材料的主流选择主要是两种，高强度钢丝（金属丝）、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）。相同粗度UHMWPE纤维承受的最大质量约为钢丝绳的8倍，强度是钢材的16倍，其质量与强度之比较芳纶高出四成，是目前世界上强度最高的聚合物纤维。UHMWPE纤维具有卓越的力学性能、突出的耐冲击性能、优异的耐磨性能、稳定的耐化学腐蚀性、良好的耐光性、良好的疏水性、耐水耐湿性、电绝缘性和较长的曲折寿命（上证机器人观点）。UHMWPE 纤维强度高、自重低，模量较大，契合灵巧手对腱绳材料的需求。但缺点是抗蠕变性能以及抗高温能力不及高强度钢丝，有望通过材料技术升级或 UHMWPE&高强度钢丝共用解决。
备注：模量较大” 中的 “模量” 指弹性模量（如杨氏模量），是衡量材料抵抗弹性变形能力的核心指标（应力与应变的比值，数值越大，材料越不容易被拉伸 / 压缩变形）。
4) 下游应用领域：
a) 手术：比如南山智尚，通过达芬奇手术机器人首轮测试（YJH），正在进行生物学风险五项测试，若通过可出货手术腱绳（属于易耗品）：单次手术3-5根，单根15cm，每3次手术更换一波。据直观医疗数据，2024年全年达芬奇手术系统外科手术量约268万例（且仍以年均15%复合增速增长），按单次平均40元成本，对应潜在空间约1亿+。
b) 养老：目前主要是手部包覆材料（单只手500元，一双1000元），比如南山智尚，已二次送样深圳头部通讯企业养老机器人，且对接送样上海头部机器人企业。
c) 情趣：预计可供腱绳+尼龙66外衣+四肢轻量化材料，合计价值量占比约1/3，比如南山智尚，目前已对接国内企业（预计26年销5万台，27年10万台），腱绳通过测试，尼龙66外衣测试中。
5) ASP：订单落地（单价维持200元/米）；
6) 制备技术：超高分子量聚乙烯纤维的多种制备方法目前只有冻胶纺丝－超倍拉伸法应用最成熟且实现了工业化生产。
3. UHMWPE纤维和金属丝性能指标对比：
1) 强度（拉伸强度与比强度，cN/dtex）-相同重量下，UHMWPE纤维拉伸强度大于金属丝腱绳的数倍：
a) UHMWPE纤维拉伸强度极高，通常可达 30–50 cN/dtex（如国内企业同益中产品达 42.5cN/dtex，南山智尚达 42cN/dtex）。更关键的是 “比强度”（强度 / 密度）优势显著 ——UHMWPE 密度仅约 0.97g/cm³，远低于金属（钢密度约 7.85g/cm³）。因此，相同重量下，UHMWPE 纤维能提供远超金属丝的拉伸力，是 “轻量化 + 高强度” 的核心选择。
b) 金属丝腱绳绝对拉伸强度不错（钢丝约 20–40 cN/dtex，依规格 / 工艺波动），但密度大导致比强度远低于UHMWPE。若追求与 UHMWPE 同等强度，金属丝的重量会是前者的数倍，严重拖累机器人灵巧手的轻量化与运动能效。
c) 备注：拉伸强度的单位是cN/dtex（厘牛 / 分特），这是纺织纤维领域常用的拉伸强度指标单位。其中，“cN” 是力的单位 “厘牛”，“dtex” 是纤维线密度单位 “分特”，该指标表示每分特的纤维所能承受的拉伸力大小，数值越大，说明纤维的拉伸强度越高。
2) 耐磨性（UHMWPE纤维腱绳大于金属丝腱绳）：
a) UHMWPE 纤维腱绳自身具有自润滑性，表面光滑，干摩擦或轻度润滑环境下磨损率极低。且纤维的 “柔性接触” 可分散摩擦应力，减少局部过度磨损，适合腱绳反复摩擦的场景。
b) 金属丝腱绳耐磨性依赖表面处理（如镀锌、镀铬）：未经特殊处理的钢丝易生锈，磨损后产生金属屑，污染腱绳系统并缩短寿命；经硬化处理的金属丝耐磨性提升，但自润滑性差，需额外添加润滑剂，增加系统复杂度与维护成本。
3) 抗蠕变性能（UHMWPE纤维腱绳小于金属丝腱绳）：
a) UHMWPE 纤维腱绳蠕变（恒定应力下应变随时间增加的现象）是高分子材料的固有挑战，但国内企业通过技术优化（如南山智尚 “自研抗蠕变专利”、同益中 “参与制定抗蠕变标准”），已大幅提升抗蠕变能力。在机器人腱绳 “长期小载荷” 场景下，形变量可控制在合理范围，满足服役需求。
b) 金属丝腱绳：金属（尤其是钢）的抗蠕变性能更优，长期应力下应变增长更缓慢，尺寸稳定性强。但轻金属（如铝合金丝）的抗蠕变性能反而不如 UHMWPE，需根据场景选择金属类型。
4) 实现同等强度的生产成本（UHMWPE纤维腱绳小于金属丝腱绳）：
a) UHMWPE 纤维腱绳：生产工艺复杂（如凝胶纺丝法），但原材料成本低于金属，且国内规模化生产后，成本持续下降。从 “单位强度所需成本” 看，因 UHMWPE 比强度高，实际应用中 “强度成本比” 更具优势。
b) 金属丝腱绳：原材料（钢材等）成本稳定，但加工成本高（拉拔、表面强化等工序），且因密度大，“满足同等强度所需的金属丝重量” 是 UHMWPE 的数倍。若结合 “强度需求” 的综合成本，UHMWPE 更具竞争力。
5) 弯折次数（耐疲劳性，UHMWPE纤维腱绳大于金属丝腱绳）：
a) UHMWPE 纤维腱绳：纤维的柔性本质使其耐疲劳性极佳，反复弯折时应力集中小，不易产生裂纹，弯折次数可达数百万次甚至更多，完全匹配机器人灵巧手腱绳高频运动 的需求。
b) 金属丝腱绳：耐疲劳性依赖直径与工艺，细钢丝反复弯折时，易因应力集中产生疲劳断裂，弯折次数通常仅 “数十万次”；大直径或经 “疲劳强化” 的金属丝耐疲劳性提升，但柔韧性下降，不利于灵巧手的 “精准、灵活运动”。
6) 结论：综合各项参数对比，UHMWPE 纤维腱绳在单位重量下强度更高，更耐磨，弯折次数更高，单位生产成本可能更低，但是UHMWPE 纤维腱绳在抗蠕变和耐高温下不如金属丝腱绳。两者各有优劣，但结合目前主流观点，依然是UHMWPE 纤维腱绳在消费级机器人灵巧手上是主流方案。
B. 机器人专家Scott Walter访谈资料研究：
1. 原文访谈形式：Youtuber Devang Adhyaru 采访了机器人专家Scott Walter，他也是人形机器人 + AI”领域的领军声音之一，一起讨论了Optimus的进展，值得注意的是，Scott Walter并不在特斯拉任职，所讲的内容也仅仅是他的推测。
2. 小作文疑问一（是否用金属丝的推导）：
1) 小作文原文：斯科特提到，相比上一代使用卷线盘+伞齿结构的方案，Gen3 采用更小型的线性执行器，直接驱动“肌腱”，避免金属丝频繁弯折。即#T灵巧手腱绳材料使用金属丝得到确认，此前金属丝腱绳卷绕在卷线盘上，弯折较为频繁，新一代方案直接使用#丝杠带动金属丝腱绳直线运动，避免了金属丝腱绳频繁弯折；
2) 实际新闻稿访谈原文：他们由此把两组手腕关节打包得更好，挤出了很多空间给手部的执行器。 至于手部执行器，他们把它们缩小了尺寸。最初那版看起来挺大。假如用那一代来塞，撑死也就往手掌里塞六个，而且还是非常紧凑。要是还用同一代、还想塞到前臂里面，根本塞不下。 所以他们换了另一种方案，看起来是更小型的线性执行器。 差别在哪儿？在第一代手上，你有一个驱动单元，再加一个伞齿结构去“拐一个 90° 弯”；在输出轴上装一个卷线盘（spool），把手指的“肌腱”绕到卷线盘上，这就是它的工作方式。 问题是，把“肌腱”缠在卷线盘上，尤其你用金属的时候，那里会发生大量弯折。你必须要有很大的缠绕半径；半径太小，弯曲过度，会把金属丝“折断”。任何金属都是这样——你想一想，让它反复弯折需要做功。如果用非常柔软的纤维类材料会好很多；但如果你用比较硬的材料，那就比较麻烦。因此，视你使用的“肌腱材料”而定，与其在卷线盘上缠绕，不如直接用“真正的线性执行器”去拉它，这样可以省掉很多问题，同时把体积做得更紧凑，因为你不必为那种“怪角度的齿轮传动、90° 拐弯、各种旋转件”留空间。
3) 对比纠正：Scott Walter在谈到特斯拉GEN2时，提到的原文意思是，第二代的驱动单元+伞齿结构拐一个 90度弯+输出轴卷线盘，这个结构当时用金属丝腱绳会导致大量弯折，导致金属丝折断，而UHMWPE 纤维腱绳会好很多，这也侧面说明了UHMWPE 纤维腱绳弯折次数更高，而且原文也说视使用的肌腱材料而定，并非确定是金属丝腱绳为最终方案，小作文属于是片面获取资料，张冠李戴了，而且这些还只是Scott Walter的猜测。
3. 小作文第二点没有疑问（确定会用腱绳）：
1) 小作文原文：机器人专家斯科特在最近的采访中谈到，T采用混合方法——即腱绳用于屈伸，而机械连杆用于外展和内收（如韩国WIRobotics公司的机器人手），这能兼顾力量、精度和握力，该方案一个主动自由度需要一根腱绳，符合腱绳空间测算预期；
2) 实际新闻稿访谈原文：我不确定要不要在这里“做预测”，但如果他们选择一条混合式（hybrid）路线，我一点也不会惊讶。我之所以觉得他们可能会走混合式，是因为我已经看到有几家这么做了。最近，韩国有一家公司在上周展示了一款新机器人，尤其重点展示了它的手。我仔细看过，我几乎可以肯定他们是用肌腱（tendon）来做屈曲/伸展，但看起来他们用机械连杆（mechanical linkage）来实现外展/内收。 我认为这是一种不错的策略，原因有很多：其一，它能提供你所需要的那种力量与定位精度，把手指稳稳地控制住；其二，它又能高效地给到你所需的握力。所以，如果特斯拉也决定这么做，我不会意外。 我看这个问题的方式是：外展/内收其实本质上就是一个关节要动，仅此而已；而屈曲/伸展通常是三个关节要一起动。
3) 结论：首先这是Scott Walter的猜测，其次用腱绳方案没有太大疑问，都是这么猜测的。
综上结论，UHMWPE 纤维腱绳作为V3的主流方案依然没有任何疑问，依然是大概率事件，本次小作文完全是对新闻稿的曲解和张冠李戴。更有一些不专业的券商卖方还在以讹传讹，简直是贻笑大方。
附上原文访谈稿链接：
免责声明：以上内容均为公开数据推导，力争做到有证可靠，有据可依，不代表买入意见，不代表上市公司观点，仅供研究讨论交流公司基本面用，未来新信息更新还会不断修正，也欢迎各位球友提供修改意见，股市有风险，估值随着人心随时变动，据此买卖，后果自负。