NE时代

◎ 汽车供应链开始给机器人“换骨”。

△ 撰文：DONG.ZY

机器人走向量产，“材料账”就要和制造成本一起算。

8月4日，五菱工业完成镁合金具身机器人结构件首样交付。企业将其称为首副镁合金“机器人骨骼”，具体产品是一件与客户联合开发的颈部固定支架。

这件支架采用半固态压铸工艺，经过拓扑优化、精密加工和微弧氧化处理。五菱工业称，与传统铝合金方案相比，产品整体减重30%以上。

为开发这件颈部支架，五菱工业调动了此前用于汽车轻量化的材料开发、结构仿真、半固态压铸、精密加工和表面处理能力。汽车零部件的一整套工艺链，开始转向机器人结构件。

镁合金早已在机器人身上出现，它被用过，也被放弃过，如今汽车供应链再次把它带回机器人行业。

这一次，镁合金能否留下来，要看减掉的质量位于哪里，局部减重能否改善整机性能，机器人产量又能否摊薄模具和制造成本。

01.

镁合金，并非新答案

2002年，日本HRP-2L人形机器人使用镁合金铸造了多个腿部连杆。研发团队选择镁合金，是为了降低腿部重量和运动惯量。

但在后续HRP-2P的开发中，团队重新使用铝合金铸造部分连杆。

镁合金铸造难度较高，铸件有时会出现气孔，团队最终修改连杆结构，让密度更高的铝合金零件也能保持较低重量。

2010年前后，慕尼黑工业大学开发LOLA人形机器人时，也比较过镁合金、碳纤维复合材料和铝合金。

LOLA最终主要采用铝合金，当时机器人仍处于科研原型阶段，结构需要频繁修改，而单件镁合金铸件的制造成本较高，也方便团队在校内工坊加工和改型。

科研机器人往往边测试边改，关节位置、轴承座、线束通道和安装接口都可能调整。

产量不高时，模具开发、成型调试和检测费用很难摊薄。铝合金长期占据机器人结构件的主流位置，除了材料性能，也因为它更适合小批量、快迭代的开发方式。

2024年，宝武镁业与埃斯顿共同发布镁合金工业机器人ER4-550-MI。宝武镁业称，相较铝合金版本，这款产品整机减重11%，工作节拍提高5%，能耗降低10%。

工业机器人的产品结构、工作轨迹和负载范围相对明确，供应商可以围绕固定机型开发模具和工艺。随着设计稳定下来，压铸的生产效率和零件集成能力才有机会转化为成本优势。

五菱工业在颈部支架上选择了半固态压铸路线。

在结构设计阶段，项目团队建立模态与刚强度仿真模型，调整应力集中区域，并通过拓扑优化减少多余材料。

进入成型环节后，团队围绕压射速度、料温、保压时间和模具温度反复调试，又为零件的多曲面、异形镂空结构设计分型方案和真空排气系统。

压铸完成后，支架还要接受精密加工，关节孔位和装配基准面对精度要求较高，薄壁结构在切削过程中容易变形。五菱工业为此调整刀具、转速、进给量和工装定位，最后通过微弧氧化处理零件表面。

这30%以上的减重，由换材料和改结构共同完成。

镁合金重新受到重视，靠的不只是一张密度表，还有一套能够把复杂结构稳定做出来的制造方法。

02.

减重，要看减在哪里

镁是密度最低的工程金属结构材料之一，密度大约是铝合金的三分之二。对于安装空间有限的壳体和支架，较低密度可以直接减少重量。

镁合金的弹性模量低于铝合金，为了满足刚度要求，设计者通常要增加局部壁厚、布置加强筋或调整截面，零件需要重新设计。

五菱工业在颈部支架上同时采用镁合金和拓扑优化，材料负责降低密度，结构优化负责调整受力路径，在减料后保住承载能力。

机器人还要看质量分布。

一个零件绕关节运动时，其转动惯量可以近似写成“I≈mr²”。质量相同的零件，距离转轴越远，关节带动它运动时需要克服的惯量越大。

因此，同样减掉100克，减在手部、腕部、前臂、脚部或小腿，通常比减在躯干中心更有价值。

手部重量下降，肩关节和肘关节要带动的末端负载也会下降；脚和小腿变轻，可以降低摆腿时的惯量。

进一步看，远端结构减重还可能影响电机和减速器的选型，带来连续的重量变化。

颈部固定支架位于头部与躯干之间，它能带来多大整机收益，与支架原始重量、头部总成质量和颈部运动范围有关。

假设一件支架占整机重量的1%，支架减重30%，整机重量约下降0.3%。续航变化还要看电机效率、运动方式和控制策略。

在ICCRE 2026的论文中，国立高雄科技大学的Hong-Yu Lin、Kuo-Yang Tu和Min-Da Yang对两种全尺寸人形机器人下肢结构进行了对比。团队把踝关节执行器移到膝部以上，再通过多连杆机构驱动脚部。

调整后，左右踝关节的电能消耗分别下降59.8%和54.5%，左右膝关节的电能消耗则分别增加33.7%和18.9%。在相同的重复站立至下蹲动作中，总电能由684.50焦耳升至750.862焦耳，增加约9.7%。

远端质量变化会重新分配相邻关节的负载，也会改变传动效率和控制方式。

拓扑优化可以去掉低应力区域的材料；增材制造可以把多个零件合为一体；调整执行器位置可以减少肢体远端质量；电机、减速器、轴承、紧固件和线束也都有减重空间。

在安装空间有限、重量敏感的壳体、支架和连杆上，镁合金为设计者增加了一种选择。筋位、壁厚和截面调整，则用来处理刚度问题。

除了低密度，镁合金还具有振动阻尼和电磁屏蔽方面的性能潜力。

机器人内部集中了电机、编码器、驱动器和控制器，这些性能会影响镁合金在关节外壳、电机壳体和电子设备支架上的使用。

腐蚀、疲劳和异种金属连接，则会影响零件寿命。

机器人结构中大量使用钢制螺栓、轴承和轴件。镁合金与其他金属接触后，需要通过涂层、绝缘和密封控制电偶腐蚀，靠近电机和驱动器的零件，还要承受温升与周期载荷。

五菱工业使用微弧氧化处理支架表面，以改善耐磨与耐候性能，装配划伤、螺纹孔、涂层边缘和跌倒碰撞位置，会继续考验表面处理和维修设计。

跌倒冲击、长期循环、关节温升和温湿环境，会直接影响镁合金结构件的寿命。

人形机器人需要按部位选材料，局部称重只是第一步，减掉的克数还要落实到关节负载、运动节拍、整机能耗和有效载荷上。

03.

供应链跑在订单前面

五菱工业进入机器人结构件之前，已经在汽车领域试制过大型半固态镁合金仪表板横梁支架。

这款汽车零件长度超过1.5米，单次镁合金注射量超过8公斤，成品重量为4.6公斤。原本由30多个支架组成的钢制结构，被整合为一件半固态成型产品。

从汽车横梁转向机器人颈部支架，零件尺寸、受力方式和精度要求都变了，但材料开发、结构仿真、模具设计、半固态成型、机加工和表面处理仍有延续性。

汽车零部件企业进入机器人行业，也大多沿着这条路径推进。它们先从支架、连杆、关节壳体和机身结构件切入，再根据机器人客户的工况重新设计产品。

宝武镁业已经与埃斯顿推出镁合金工业机器人，并成立机器人业务工作小组，与客户开展对接；力劲集团、赛博格机器人等企业则启动了镁合金人形机器人联合研发，研究方向包括镁合金外壳成型、工艺优化和轻质结构设计。

另一些企业还在试制和送样。

文灿股份称，公司已经完成多款汽车及机器人镁合金产品的研发试制；英力股份也完成了镁铝合金机器人结构件送样。

蓝思科技披露，机器人关节模组、灵巧手和结构件已经批量交付；面向北美客户的人形机器人本体镁铝合金结构件仍在研发。

豪美新材把机器人轻量化关节与结构系统列入研发规划，准备建设铝、镁合金锻造或半固态注射成型试验线，目标零件包括关节、连杆、手臂骨架、胸甲和电池仓。

设备厂商也开始动手。2026年，伊之密与重庆渝江压铸签署镁合金半固态成型战略合作协议，计划部署多套大型设备，人形机器人被列入目标应用市场。

眼下，动作更快的是供应商。

汽车零部件、消费电子、材料和压铸设备企业正在准备机器人制造能力，整机企业则通过联合开发、首样、试制和送样，逐步确定材料与工艺方案。

镁合金压铸依靠模具和专用工艺，机器人型号更新过快、单款产量太低，模具、设备、调试和检测费用就难以摊薄。

当单一机型的结构稳定、采购规模明确后，压铸的生产效率才会反映到零件成本上。

工艺迁移到机器人后，供应商还要围绕多轴载荷、长期循环和跌倒冲击重新设计测试流程。而薄壁压铸件的内部缺陷、加工变形和批次波动，也会影响关节装配与整机运行。

压铸还可以把壳体、支架和连接结构合成一个零件，减少法兰、紧固件与装配工序。

对整机企业来说，少几个零件、少一道工序，有时比减掉几十克更容易形成成本收益。供应商之间的竞争，也会从材料供应延伸到结构设计、成型、机加工、表面处理和质量控制。

五菱工业先从颈部固定支架切入，把汽车制造能力接到了人形机器人结构件上。

成熟的人形机器人不会只用一种材料。

钢适合齿轮、轴和高应力接口，铝合金便于制造通用结构和快速改型，镁合金可以用于重量敏感的壳体、支架与连杆，钛合金、复合材料和工程塑料则会出现在其他特定部位。

首样之后，镁合金要继续进入关节壳体、支架和连杆。人形机器人开始放量时，整机厂最终采用多少镁合金零件，将决定这条材料路线能走多远。

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