1、人形机器人快速发展，轻量化优势解决痛点

• 提升续航能力，优化能效表现。轻量化设计能显著提升人形机器人续航能力的核心原理在于，通过降低机器人自身质量，可直接减少其在运动中为克服重力势能所做的功；同时，质量减轻也意味着机器人部件运动惯性的减弱。在这两者的共同作下，机器人在静态维持姿态与动态运动过程中的能量消耗能够被有效降低，从而在同等电池容量下实现更长的持续工作时间。

• 缓解散热压力，简化系统设计。轻量化有助于从源头上缓解人形机器人的散热压力。机器人重量的降低，直接减轻了电机、减速器等核心驱动部件的负载，进而减少了运行过程中的发热量。这使得其无需过度依赖复杂的散热系统，有助于实现结构设计的简化。

• 降低性能依赖，减轻供应链压力。轻量化能够降低对关键零部件过高的性能要求。当整机重量减轻后，轴承、连接件等结构件的承重与摩擦损耗相应降低，驱动电机为满足机器人运动性能所需的功率要求也可相应下调。这在一定程度上能够降低对单一零部件性能的依赖，有助于拓宽供应链选择范围，并可能降低核心部件的采购成本与技术门槛。

• 增强操作灵活性与场景适用性。轻量化是提升人形机器人操作灵活性与场景实用性的关键。当前多数人形机器人原型机体型笨重，经常出现运动失衡、摔倒等现象，稳定性较差；轻量化改造后，将极大改善其可搬运性，从需多人协作转变为可单人操作，更利于在家庭及工厂等场景中的实际部署与推广。

2、人形机器人轻量化大势所趋，主流厂商已实践设计

宇树科技在其人形机器人产品中，自初始设计阶段便将轻量化作为核心考量。H1整机重量为47千克， G1整机重量为35千克，这主要得益于其系统性地采用了航空铝合金与碳纤维等高强度、低密度的先进材料。在具体应用中，两款机器人不仅主体结构大量使用这些轻质材料，其所有连接结构也均采用高强度铝合金（如H1指定的6061-T6与关键部位的7075-T6），在实现减重目标的同时确保了结构强度与抗冲击性能。此外，G1所采用的全关节中空内走线等设计，也体现了其在结构层面对轻量化与集成化的追求。

优必选在其Walker系列迭代中成功实现了整机减重。其中Walker C在身高增加33厘米的基础上，整体重量较前代降低了20千克。后续推出的Walker S2进一步延续轻量化路径，在身高增加4厘米的同时成功减重6千克，该成效主要得益于多种创新材料的系统化应用，具体包括采用全身刚柔异构材料的复合应用、航空级铝合金3D打印主骨架以及三维立体针织高弹纤维材料。

智元机器人在其产品迭代中也通过系统性的轻量化设计实现了整机重量的大幅降低。其初代远征A1人形机器人整机重量为55千克，而在最新的灵犀X2型号上，重量已显著降低至35-37千克水平。

特斯拉通过系统性轻量化设计显著提升了其第二代Optimus机器人的运动性能与能效。 在2023年12月发布的第二代Optimus原型机中，其在颈部增加了两个运动自由度，同时通过应用轻量化材料、进行结构拓扑优化及减少冗余设计，成功将整机质量由首代Optimus的73千克降至63千克，降幅达13.7%。这一系列轻量化措施，结合第二代关节更高的集成度与能效优化，共同支撑了机器人行走速度30%的性能提升。

中国工博会特斯拉Optimus展示

3、轻量化途径多样，结构优化与材料替代助力方案实现

结构优化通过系统性设计实现“零成本”减重，其核心方法包括参数优化、拓扑优化、形态优化与集成化设计。

➢ 参数优化以及形态优化通过调整零部件尺寸、布局与厚度来消除冗余材料。

➢ 拓扑优化旨在保证结构强度的前提下重新分布材料，实现减重增效。

➢ 集成化设计则参考新能源汽车经验，将伺服驱动器、电机、减速器等关键部件高度集成于关节模组，或采用一体化压铸技术减少零部件数量，从而达成小型化与轻量化目标。

• 结构优化面临进展挑战，使得材料替代成为当前更可行的选择。

➢ 结构优化的推进受限于人形机器人产业当前的发展阶段：一方面，整机及零部件技术方案尚未定型，仍处于技术快速迭代期，导致厂商难以全力投入需长期深耕的结构优化；另一方面，结构轻量化是涉及整机设计、零部件性能与材料特性的系统工程，而当前本体厂商多以初创企业为主，在人才与资源上投入有限，同时零部件厂商与整机企业间的跨界协同研发能力尚显不足。

➢ 因此，行业现阶段更倾向于直接采用镁铝合金、工程塑料等低密度先进材料来实现有效减重。

4、主流轻量化材料性能各异，复合材料为未来研究方向

• 基于对传统材料与主流轻量化材料性能参数的综合对比，镁、铝合金及高性能工程塑料已是当前阶段替代传统金属的主流方案，而复合材料有望成为未来人形机器人实现轻量化的重点研究方向。

➢ 在常见合金中，铝合金强度较低但成本可控；镁合金密度低、比强度高，在需兼顾重量与强度的结构件中具备比较优势。

➢ 碳纤维材料在比强度和抗拉强度方面显著优于大部分其他材料，但受制于成本与工艺限制，尚未实现规模化应用。

➢ PEEK作为高性能工程塑料，密度低，比强度较高，但当前其核心生产技术主要由国外企业掌握，国内仍依赖进口，应用成本高，难以实现大规模应用，因此复合材料仍需作为长期研发的重点方向加以投入。