人形机器人关节电机主流方案对比

2025/4/16 14:40:55 来源：电驱动技术笔记 作者

人形机器人的核心动作能力，几乎完全依赖于关节电机的性能。这些电机不仅要像人类的肌肉一样提供动力，还要像神经系统一样精准控制动作。

一、关节电机

1.无框力矩 vs 空心杯

无框力矩电机：特点是“体积小、扭矩大”，直接集成到关节中，省去了传统电机的框架结构。特斯拉Optimus的旋转关节主要采用这类电机，适合大扭矩需求（如髋部、肩部）。

行星减速器：成本低、效率高，但体积较大，常用于对空间不敏感的关节（如腿部支撑）。

3.控制:力传感器 vs 电流环

力传感器：直接测量力度，精度高（误差±3%内），但成本高。特斯拉等高端方案倾向此技术。

电流环：通过电流估算力矩，成本低但误差较大（±10%），适合低成本机器人（如小米Cyber Gear可能采用此方案）。

4.散热与材料
电机长时间高负载运行时容易发热，特斯拉等厂商开始尝试轴向磁通电机（比传统电机扭矩密度高30%），但散热技术仍需突破。

二、技术路线

1. 特斯拉Optimus

技术路线：采用“无框力矩电机+谐波减速器”组合，搭配力传感器实现精准控制。全身28个执行器中，大关节（如髋部）使用无框力矩电机，灵巧手采用空心杯电机。

优势：

高扭矩密度：适合复杂动作（如搬运重物、稳定行走）。

强算力支持：Optimus训练算力是特斯拉汽车的10倍，能通过AI优化动作流畅度。

量产潜力：2025年计划月产千台，目标成本降至1万美元。

2. 宇树M107

技术路线：宇树未明确公开M107电机细节，但参考其H1机器人表现，推测采用“准直驱方案”（小减速比减速器+电流环控制），结合轻量化设计。

优势：

动态控制强：2025年春晚16台H1同步跳舞，展现多机协同和复杂动作能力。

成本优势：宇树G1机器人售价仅9.9万元，推测电机方案更注重性价比。

适应性好：准直驱方案耐冲击性强，适合家庭等非结构化环境。

3. 小米Cyber Gear

技术路线：采用微型空心杯电机，结合准直驱方案，电机直径仅80.5mm，转速高达296转/分钟。类似技术用于四足机器人“铁蛋”，售价仅499元。

优势：

极致轻量化：适合手指关节等微小空间。

低成本量产：通过绕线工艺自动化，大幅降低制造成本。

消费级定位：主打极客和开发者市场，作为开发平台而非全能机器人。

三、总结

特斯拉：追求工业级性能，适合未来工厂、家庭助手等高端场景，但成本较高。

宇树：平衡性能与价格，瞄准教育、娱乐等中端市场。

小米：以低价推动普及，通过生态链扩展应用（如智能家居联动）。

未来趋势：随着《人形机器人电驱动一体化关节接口规范》标准2025年立项，电机与减速器的兼容性将提升，国产替代加速。而轴向磁通电机、更高精度传感器的应用，可能进一步突破现有技术瓶颈。

（来源：电驱动技术笔记）