就像蓝色发光二极管（LED）带来的“屏幕革命”一样，日本企业即将量产的“金属球形齿轮”很可能带动人形机器人行业大爆发。

根据日媒9月15日报道，总部位于日本名古屋的知名设备制造商兄弟工业，准备在2027年量产一款由兼松商社和山形大学联合研发的金属材质球形齿轮。

齿轮是一种非常古老的机械零部件，东周王城的考古资料证明我国早在战国时期就开始使用青铜材质的齿轮。

球形齿轮也不是什么新鲜玩意，比如很多旅行博主使用的“云台”就有球形齿轮。那么，日媒为什么这么看好“金属球形齿轮”，我国在这方面又有什么优势呢？

一、“小突破”的大意义

汽车、手表等机械产品里面的齿轮，传导运动的方向很难大幅度改变，发明球形齿轮的意义就是提高机械运动的灵活性。拆开一台高端手机云台，你会找到一个表面带有齿状凸起的球形部件，它两个半侧分别配合着一个“鞍形齿轮”，这套有3个零部件组成的齿轮传动结构就是球形齿轮。

目前全球量产的球形齿轮几乎都是工程塑料材质，这种“脆皮齿轮”只能用在一些高精度、低强度的机械场景。如果我们把“塑料球形齿轮”安装到人形机器人的关节上，用不了多久就会出现“崩齿”“卡齿”等故障。

谁都知道金属材料的齿轮更耐用，但是直到今天还没有一家企业量产“金属球形齿轮”，这主要是受到材料、加工两方面的限制。

首先，“金属球形齿轮”的材料质量标准超高。相比传统齿轮的受力方向相对固定，工程师可以通过增加齿轮厚度，或者增加齿轮齿数等方式，降低对材料强度的要求。这也是为什么大多数齿轮不需要像轴承一样使用高强度合金材料的根本原因。

“金属球形齿轮”的齿形和齿数都很难调整，并且为了适应机器人、云台等设备的精度要求，“金属球形齿轮”还需要设计一些“异形轮齿”。想要满足“金属球形齿轮”的设计需求，不仅要求材料本身具备超高的耐久度，还非常考验淬火、电镀等材料处理技术的水平。

其次，“金属球形齿轮”的加工要求也非常苛刻。和那些直接用注塑工艺轻松批量生产的“塑料球形齿轮”相比，必须使用“五轴联动”数控机床加工的“金属球形齿轮”简直就是艺术品。

二、前途无量的市场前景

虽然这款日本校企合作的“金属球形齿轮”等到2027年才能上市，但是日媒已经发掘出了一个万亿级的应用场景：人形机器人。

需要注意的是，业内人士通常把所有通过关节运动的自动机械设备统称为人形机器人，比如那些在汽车流水线上负责焊接、刷漆等操作的机械手臂，也属于人形机器人。

目前绝大多数“机器人关节”使用的是谐波减速器和RV减速器这两种技术，它们可以通过一系列齿轮传动结构，实现高扭矩、低转速的精确运动。既然减速器的技术已经这么成熟，日本为什么还要大费周折地研制“金属球形齿轮”呢？

第一，降低重量负担。减速器需要使用大量齿轮、传动轴、轴承等零部件，它会大幅提高人形机器人的自重，一个几百斤重的大家伙显然不适合多场景应用。“金属球形齿轮”只有三个部件，如果我们在材料密度、结构设计等方面下一些功夫，比如把中间的球形结构设计成空壳，还能进一步降低整体重量。

第二，提高运动精度。没有任何一种减速器可以让机器人关节360度自由转动，并且随着减速器内部齿轮晃动、磨损的误差积累不断增长，“减速关节”的精度还会大幅下降。想要让机器人代替人类长期从事高精度操作，比如“机器人外科医生”，必须使用精度和耐久度都非常出色的“金属球形齿轮”。

当年日本科学家研制的蓝色LED让全球显示、照明技术正式进入“二极管”时代，即将量产的“金属球形齿轮”也是一项具有划时代意义的工业发明。

三、我国的优势

虽然我国可能不会是全球首个量产“金属球形齿轮”的国家，但是擅长“从1到100”突破的中国制造绝不会被日本企业甩在身后。

首先，我国的自研企业已经在“金属球形齿轮”方面取得重大突破。在8月底举行的“2025年世界机器人大会”上，来自古都西安的陕西华拓科技有限责任公司，展示了一款用铝镁合金等轻质材料加工成的球形齿轮。

华拓科技是一家专门从事数控系统和数控机床研发的高新技术企业，他们的“炫技”式展览说明该公司已经突破“金属球形齿轮”的机加工难关。只要我们能在材料领域继续加强研发攻关，量产“金属球形齿轮”就不是梦。

其次，我国遥遥领先的机器人产能也会利好“金属球形齿轮”量产。2024年我国凭借55.6万套工业机器人，1051.9万套服务机器人的庞大产能，稳居全球机器人产能第一大国。在春晚舞台上大出风头的宇树科技，就堪称“人形机器人赛道的华为”。

像“金属球形齿轮”这种需要大量订单支持，才能从实验室走进工厂流水线的工业发明，必须得到规模庞大的产业链支持。

虽然日本的机器人产业起步比我国早，但是他们的产能规模根本没法和我国相提并论。

结语

“金属球形齿轮”和普通“塑料球形齿轮”绝不只有材料方面的差别，它的量产难度几乎和重新研制一种齿轮没有差别。

虽然日本很可能成为全球首个量产“金属球形齿轮”的国家，但是拥有大量机器人产能支持的中国自研企业一定能后发制人。

那么，你怎么看“金属球形齿轮”的市场前景呢？欢迎在评论区留言讨论，喜欢我们的文章，麻烦大家点个关注哦！

参考资料：

1.《日本全球率先量产球形齿轮。一场齿轮驱动的新工业变革正在到来。》

2.《球形齿轮登场！日本冲刺全球量产中国西安团队发力人形机器人变天》