国金证券研报深入分析CF/PEEK复合材料在人形机器人关节核心部件中的应用前景。六维力传感器方面，PEEK弹性体灵敏度是铝合金的数十倍；谐波减速器方面，CF/PEEK制备的柔轮各阶固有频率提升45%、接触齿数增加47%、疲劳寿命达939.5小时。CF/PEEK复合有望在机器人机身重要关节、轴承等领域率先渗透。

以Tesla Optimus为例，其采用无框电机+谐波减速器的旋转关节方案，即无框力矩电机+谐波减速器+高低速双编码器+抱闸+力矩传感器+输出端交叉滚子轴承。这一方案与当前协作机械臂关节方案高度类似。谐波减速器下游应用领域主要为机器人，2017-2019年关节机器人占比36%、协作机器人占比32%。

CF/PEEK复合材料在机器人关节中的应用主要集中在两个核心部件：六维力传感器和谐波减速器。这两个部件分别决定了机器人的力控精度和运动精度，是决定机器人性能的关键环节。CF/PEEK复合材料的轻量化、耐磨自润滑、刚性/柔性兼具等优点，使其成为替代传统金属材料的理想选择。

人形机器人产业趋势明确，2026年被业内公认为人形机器人的“量产兑现元年”。随着量产规模扩大，CF/PEEK复合材料在机器人关节中的应用将从实验室走向规模化生产。

电阻应变式六维力传感器的灵敏度主要与弹性体结构和尺寸有关，十字梁型弹性体越薄、灵敏度越高，但太薄不利于应变片粘贴。因此，灵敏度更高且满足其它力学性能的材料更适用于制作传感器弹性体。

PEEK弹性体在六维力传感器中的应用已通过有限元分析和静态性能测试验证。PEEK弹性梁受到FX=30N作用力时，梁上最大应变为5.243×10⁻³；铝合金弹性梁受到FX=200N作用力时，梁上最大应变仅1.296×10⁻³。PEEK弹性梁应变灵敏度远超铝合金弹性梁。

静态性能指标方面，PEEK传感器在Fx方向灵敏度达2.37×10⁻⁴，是铝合金传感器（0.11×10⁻⁴）的数十倍。Fz方向PEEK传感器灵敏度达2.50×10⁻⁴，耦合误差6.7%。其他静态指标如线性度、重复性、迟滞等与铝合金传感器相差不大。这表明PEEK替代铝合金制作六维力传感器弹性体，在保持其他性能的同时可大幅提升灵敏度。

相较金属基短筒谐波减速器，采用CF/PEEK制备的谐波减速器具备四大优势。

第一，变形应力程度低。相同负载下PEEK基复合材料的变形应力仅为钢材的1/7，设计结构在较小轴向尺寸情况下仍能选择较大轮齿模数及径向变形系数，结构设计更加自由。

第二，阻尼特性好。CF/PEEK材料制造的柔轮1阶固有频率达1308.7Hz，较金属制30CrMnSiA（885.5Hz）提升47.8%；7阶固有频率达3442.7Hz，较金属制（2344.7Hz）提升46.8%。各阶固有频率平均提升约45%，能有效降低共振可能性。

第三，接触齿数及啮合面积增加。在负载20N·m、转速2000rad/min额定工况下，PEEK复合材料谐波减速器接触齿数达52对，较金属制提升47%，提升承载和抗冲击能力。

第四，疲劳寿命更优。金属制柔轮在循环周期达2.9万次时遭遇静力破坏，而CF/PEEK柔轮预计可循环56.4万次，疲劳寿命达939.5小时。

CF/PEEK在机器人关节核心部件应用对比

应用部件	核心优势	对比金属材料提升
六维力传感器弹性体	轻量化、高灵敏度	灵敏度为铝合金数十倍
谐波减速器柔轮	低变形应力、高阻尼	固有频率提升45%、接触齿数+47%
谐波减速器疲劳寿命	抗疲劳性强	939.5小时 vs 金属2.9万次循环破坏
整体轻量化	密度低	密度为铝合金58%、钛合金36%