機器人關節電機的案例
人形機器人關節電機設計“寶典”
1、 行業背景
1) 人形機器人概述
2023年10月，國家發布了《人形機器人創新發展指導意見》，指出人形機器人是科技競爭的新高地和未來產業的新賽道，具有巨大發展潛力和應用前景。從關鍵技術、重點產品、場景應用、產業生態和支撐能力五個方面全面推動人形機器人行業的創新發展。
人形機器人的關鍵部件包括大腦、小腦、機械臂和靈巧手，使其能夠感知環境、控制運動和執行任務。人形機器人產業鏈上游是電機、減速器等核心零部件和其他零部件，中游是人形機器人本體制造，下游是系統集成、銷售與保養，詳見下圖。
（數據來源：公開資料，創業邦研究中心整理）
上圖產業鏈中的各零部件和模塊組成人形機器人的旋轉關節、線性關節、靈巧手、感知系統和軀干，其中電機、傳感器、減速器、絲杠成本占比較大，也是構成機器人的關鍵零部件。關節電機是人形機器人的核心部件，負責控制各關節的運動。
（數據來源： 特斯拉 AI DAY、 Morgan Stanley Research、公開資料、創業邦研究中心整理）
2) 人形機器人關節電機概述
關節電機為人形機器人提供精準的動力控制，能夠自然模仿人類的姿態和動作，其主要特點包括：
特點
具體闡述
高精度
? 采用伺服電機技術，實現精準控制，支持精細操作和自然行走。
高扭矩
? 提供強大力量和高扭矩，增強機器人穩定性，避免失衡。
靈活性
? 支持多種運動模式（旋轉、傾斜、彎曲），可選不同電機，提升適應性。
展開 人形機器人關節「心臟」大揭秘！特斯拉 / 小米 / 宇樹核心技術哪家強？
人形機器人的核心動作能力高度依賴于關節電機的性能。這些電機不僅要提供動力，還要精準控制動作。目前，人形機器人關節電機的主流技術方案主要包括無框力矩電機與空心杯電機、諧波減速器與行星減速器、力傳感器與電流環控制等。本文將對這些技術方案進行對比分析，并探討未來的發展趨勢。
（一）關節電機技術方案對比
無框力矩電機 VS 空心杯電機
諧波減速器 VS 行星減速器
力傳感器 VS 電流環
（二）技術路線分析
總的來說，特斯拉目前追求工業級性能，適合未來工廠、家庭助手等高端場景，但成本較高；宇樹則平衡性能與價格，瞄準教育、娛樂等中端市場；小米以低價推動普及，通過生態鏈擴展應用（如智能家居聯動）。隨著《人形機器人電驅動一體化關節接口規范》標準2025年立項，電機與減速器的兼容性將提升，國產替代加速。而軸向磁通電機、更高精度傳感器的應用，可能進一步突破現有技術瓶頸。
更多精彩，敬請關注
展開 “機器狗”關節電機如何選？
軸向磁場電機給機器狗帶來的變化：
1、提高動力性能：軸向磁通電機可以提供更高的動力輸出，從而可以滿足機器狗對動力性能的需求；
2、提高可靠性：軸向磁通電機可以提供更高的可靠性，從而提高機器人關節的可靠性；
3、提高效率：軸向磁通電機的高效率和高功率密度將有助于提高機器狗整體效率，并減少機器人的能耗；
4、減小體積：軸向磁通電機的小體積使得他們可以更容易地安裝在機器人關節中，并為更大的空間提供更多的可能性；
5、實現電動化：軸向磁通電機的高功率密度和高效率將為機器人的電動化提供更好的技術基礎。
SEMOTOR擁有自主研發的軸向磁通電機及控制算法等核心技術，研發生產的電機相對于傳統電機擁有體積小，重量輕，效率高，并可在低轉速下輸出大扭矩等特點，特別適用于對于體積和重量敏感的應用領域，用范圍非常廣泛，如電動汽車、電動摩托車、電動船舶、醫療設備、工業機器人、AGV無人車、軍事裝備、無人機等行業。
展開 RecurDyn成功案例：基于仿真設計的多關節機器人
包機器人研發中必須考慮控制動作的控制器、運動產生的振動、各個部件的剛度以及機器人所用馬達的慣性比等多種因素。使用“試錯（trial and error）”方式或者直接依靠經驗來設計機器人，往往需要先制造出物理樣機后才能發現問題，這不僅會增加研發的時間成本，而且還可能會影響產品的質量。借助仿真方法，可以在物理樣機制造之前，對機器人的重要部件進行早期評估和檢查，從而大幅降低研發的時間和成本。
ITRI成立于1973年，是一家技術研發機構，將RecurDyn的虛擬樣機技術應用于多關節機器人的開發過程中。ITRI利用RecurDyn可以設計控制機器人運動的控制器，包括電機、軸承和減速器等各種機器人的部件。此外，通過RecurDyn的柔性體建模技術，可以快速、高效地了解機器人各種姿態下的振動特性，降低了研發成本。
展開 
RecurDyn成功案例：基于仿真設計的多關節機器人
包機器人研發中必須考慮控制動作的控制器、運動產生的振動、各個部件的剛度以及機器人所用馬達的慣性比等多種因素。使用“試錯（trial and error）”方式或者直接依靠經驗來設計機器人，往往需要先制造出物理樣機后才能發現問題，這不僅會增加研發的時間成本，而且還可能會影響產品的質量。借助仿真方法，可以在物理樣機制造之前，對機器人的重要部件進行早期評估和檢查，從而大幅降低研發的時間和成本。
ITRI成立于1973年，是一家技術研發機構，將RecurDyn的虛擬樣機技術應用于多關節機器人的開發過程中。ITRI利用RecurDyn可以設計控制機器人運動的控制器，包括電機、軸承和減速器等各種機器人的部件。此外，通過RecurDyn的柔性體建模技術，可以快速、高效地了解機器人各種姿態下的振動特性，降低了研發成本。
展開 機器人關節如何做到精準控制的，原來內部結構這么復雜！
現在工業機器人的自動化程度讓人嘆為觀止，5軸6軸機器人具有如此多的關節，還能夠做到運動和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成復雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動系統到底是怎樣的，關節到底是什么結構的呢?
▲日本安川機器人揮刀削豌豆
關節是工業機器人最重要的基礎部件之一，也是運動的核心部件：精密減速機。這是一種精密的動力傳達機構，其利用齒輪的速度轉換器，將電機的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的裝置，從而降低轉速，增加轉矩。
機器人關節處的減速傳動，要求傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制，同時，對于中高載荷的工業機器人，還需要足夠的剛度、回轉精度和運動精度穩定性。
目前全球能夠提供規模化且性能可靠的精密減速器生產企業不多，絕大多數市場份額都被日本企業占據：
Nabtesco的RV減速器約占60%，Harmonica的諧波減速器約占15%，還有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在機器人領域的應用比例，是壓倒性的。
▲拆解精密減速機的內部結構
Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機和納博克(1956年生產了日本第一個自動門)這兩家日本公司強強合并組成。作為運動控制系統和零部件的生產商，這兩家公司都在其特定的業務領域，掌握了高端核心技術，控制著很大的市場份額。
作為世界上最大的精密擺線針輪減速機制造商，Nabtesco生產高性能減速機、中空軸減速機，以及單軸伺服執行器和控制器。
展開 精密關節里的中國制造：一鑫CNC如何支撐人形機器人革命
當人形機器人價格跌破4萬元大關，背后是一場由微米級零件驅動的產業變革
展會聚焦：人形機器人邁入“量產革命”時代
2025北京世界機器人大會現場，價格與性能的雙重突破成為主旋律：宇樹Unitree R1售價下探至3.99萬元，眾擎輕量化機型SA02定價3.85萬元起，引爆消費級市場期待。這背后是核心零部件國產化的里程碑成就-
l 靈巧手成本驟降：6自由度方案價格較國際品牌降低60%，20自由度旗艦款僅5萬元
l 關節模組革新：鋁合金與鈦合金輕量化結構普及，減重40%同時通過10萬次耐久測試
l 工業場景落地加速：優必選Walker S2實現7×24小時連續作業，物流分揀效率達人類50%
更關鍵的是，行業集體從“炫技”轉向真實場景賦能：星動紀元L7在模擬物流線上分揀包裹，傅利葉GR-3醫療機器人投入康養陪護，擎朗調酒師機器人進駐酒吧——“真干活”成為新標準。
三大技術挑戰背后的CNC攻堅戰場
人形機器人的爆發對零部件加工提出前所未有的苛求：
挑戰1：異形構件的微米級精度
機器人關節、靈巧手基座等部件布滿復雜曲面與異形孔系，傳統工藝難以保證±0.01mm公差。一鑫精密通過五軸聯動加工中心集群，實現多角度連續切削，在宇樹R1的諧波減速器殼體加工中，將23個異形孔位誤差控制在±0.008mm以內。
挑戰2：輕量化材料的極致加工
鈦合金（TC4）與高強度鋁合金（AlMgErZr）成為主流，但薄壁件加工易變形。一鑫開發熱變形補償算法，實時修正切削參數，使85kg級眾擎T800的鋁合金外骨骼壁厚降至1.2mm，變形量＜0.05mm。
挑戰3：小批量定制的敏捷響應
研發期訂單通常僅1-500件。
展開 【5/17更新】機器人關節如何做到精準控制的，原來內部結構這么復雜！
現在工業機器人的自動化程度讓人嘆為觀止，5軸6軸機器人具有如此多的關節，還能夠做到運動和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成復雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動系統到底是怎樣的，關節到底是什么結構的呢?
▲日本安川機器人揮刀削豌豆
關節是工業機器人最重要的基礎部件之一，也是運動的核心部件：精密減速機。這是一種精密的動力傳達機構，其利用齒輪的速度轉換器，將電機的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的裝置，從而降低轉速，增加轉矩。
機器人關節處的減速傳動，要求傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制，同時，對于中高載荷的工業機器人，還需要足夠的剛度、回轉精度和運動精度穩定性。
目前全球能夠提供規模化且性能可靠的精密減速器生產企業不多，絕大多數市場份額都被日本企業占據：Nabtesco的RV減速器約占60%，Harmonica的諧波減速器約占15%，還有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在機器人領域的應用比例，是壓倒性的。
▲拆解精密減速機的內部結構
Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機和納博克(1956年生產了日本第一個自動門)這兩家日本公司強強合并組成。作為運動控制系統和零部件的生產商，這兩家公司都在其特定的業務領域，掌握了高端核心技術，控制著很大的市場份額。
作為世界上最大的精密擺線針輪減速機制造商，Nabtesco生產高性能減速機、中空軸減速機，以及單軸伺服執行器和控制器。
展開 預告 | Ansys渠道合作伙伴5月活動一覽
時間：5月26日，14:30-15:15
合作伙伴：深圳市摩爾芯創科技有限公司
地點： 線上
費用： 免費
點擊了解詳情
5月27日 | 機器人關節電機設計與優化
簡介：AI 人形機器人已成為當前人工智能應用的關鍵市場，而關節模塊正是實現平順、仿生運動的核心技術。在極為有限的安裝空間內，馬達需同時兼顧小型化、輕量化與高扭矩密度等多重嚴苛設計要求，對機電整合能力帶來極高挑戰，同時也伴隨著日益復雜的熱管理問題。
本場研討會將深入解析高效能關節馬達的設計關鍵，從電磁設計、熱效應到系統整合，說明如何透過先進仿真技術，在設計初期預測問題并優化性能，協助研發團隊加速開發流程，搶占人形機器人市場先機。
時間：5月27日，14:00-15:00
合作伙伴：上海莎益博
地點： 線上
費用： 免費
點擊了解詳情
5月29日 | SynMatrix濾波器快速設計
簡介：在無線通信系統（5G/6G、衛星通信、雷達等）中，濾波器作為關鍵選頻部件，其設計周期與性能直接決定整機項目的進度與指標。傳統濾波器設計依賴大量電磁仿真與手動調諧，方案迭代慢、對經驗依賴高，難以滿足高密度、快交付的研發需求。本次線上公開課將以SynMatrix為核心工具，展示如何實現濾波器從拓撲綜合、耦合矩陣提取到協同仿真與調試的快速閉環。
時間：5月29日，14:00-15:00
合作伙伴：武漢慧和聚成科技有限公司
地點： 線上
費用： 免費
點擊了解詳情
5月29日 | 基于Ansys Icepak的電子熱管理仿真培訓-進階
簡介：在當今高度集成的電子時代，從高性能計算、5G通信到電動汽車和航空航天，電子設備正以前所未有的速度和復雜度發展。
展開 機器人核心零部件——伺服電機
點擊藍字
關注我們
來
源：中國制造產業第一庫
【免責聲明】文章為作者獨立觀點，不代表電機行業觀察立場。如因作品內容、版權等存在問題，請于本文刊發30日內聯系電機行業觀察進行刪除或洽談版權使用事宜。
電機 + 機器人：全球技術突破與產業新局速遞
步科發布第四代無框力矩電機，助力具身智能機器人升級
2025年7月，步科公司正式推出第四代無框力矩電機——FMK系列及配套RD系列中空驅動器，專為具身智能機器人關節設計。
新一代電機在體積、重量、功率密度和溫升控制等方面實現全面優化，外徑覆蓋25至115毫米，適配多種機器人關節需求。其大中空結構便于布線布板，輕量化設計提升整機靈活性，同時具備低噪音、低振動和高可靠性等優勢。RD系列中空驅動器支持多種通訊方式，集成多重保護功能，適配FMK及FMC系列電機，滿足高集成度與安全性要求。
該系列產品將于2025年第三季度正式接單，廣泛應用于協作機器人、人形機器人、四足機器人等場景，助力具身智能產品性能提升與成本優化。
9. Turntide推出AF430S軸向磁通電機，助力多行業電動化轉型
英國Turntide Technologies于2025年4月發布新型軸向磁通電機AF430S，專為工業設備和車輛電動化設計，適用于非公路車輛、高端汽車、工程機械、軍用車輛及船舶等領域。
該電機效率高達96%，功率密度超7.2kW/kg，扭矩密度超20.5Nm/kg，具備高功率、高扭矩、輕量化等優勢。AF430S采用模塊化設計，便于OEM廠商快速集成，無需大規模改造現有結構，顯著降低電動化轉型成本。其先進的散熱系統和高強度結構確保在嚴苛工況下穩定運行，延長使用壽命。
10. 采埃孚杭州工廠量產新一代異步電機，助力中國新能源汽車發展
2025年6月29日，全球領先的汽車零部件供應商采埃孚宣布，其新一代異步電機在位于杭州的工廠正式實現量產。該電機采用平臺化架構，兼容異步（ASM）、永磁同步（PSM）和勵磁電機（SESM）等多種轉子技術，具備高功率密度、低噪音和油冷扁線散熱等優勢，能夠滿足不同車企的定制化需求。
此次量產標志著采埃孚在華本土化戰略的進一步深化。
展開 
機器人/舞臺燈常用電機驅動控制芯片SS6810R
機器人電動伺服驅動系統是利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執行。機器人常用的電機主要包含三種類型：普通的直流電機、伺服電機、步進電機。
目前，由于高起動轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動機在工業機器人中得到廣泛應用，一般負載1000N(相當100kgf)以下的工業機器人大多采用電伺服驅動系統。所采用的關節驅動電動機主要是AC伺服電動機，步進電動機和DC伺服電動機。
（圖片來源：無版權圖庫）
其中，交流伺服電動機、直流伺服電動機、直接驅動電動機(DD)均采用位置閉環控制，一般應用于高精度、高速度的機器人驅動系統中。步進電動機驅動系統多適用于對精度、速度要求不高的小型簡易機器人開環系統中。交流伺服電動機由于采用電子換向，無換向火花，在易燃易爆環境中得到了廣泛的使用。機器人關節驅動電動機的功率范圍一般為0.1～10kW。
工采網提供多種適應于工業自動化設備，舞臺燈光，安防監控，打印機，家電的步進馬達驅動芯片，多種接口方式，外圍電路少，內置各種保護功能（過溫，過流，過欠壓保護）。這里推薦一款常用于舞臺燈光控制、機器人上的電機驅動芯片。
產品描述：
SS6810R是一款由PWM電流驅動的雙極低功耗電機驅動集成芯片；采用eTSSOP20 173mil封裝；工作電壓范圍：10V～40V；有兩路H橋驅動，較大輸出40V/1A。
輸入接口采用Pala-IN的驅動方式，電流衰減模式可選擇為快衰減、慢衰減和混合衰減，且可以任意設置快衰減與慢衰減的比例，從而更平穩高效的控制電機驅動。此外，采用單一電源供電可以有效的簡化系統級設置的難度。可以有效改善散熱性能，符合Rohs規范，引腳框架100％無鉛。
展開 行業新應用：電機驅動將成為機器人的動力核心
電機已經遍布當今社會人們生活的方方面面，不僅應用范圍越來越廣，更新換代的速度也日益加快。按照工作電源分類，可以將它劃分為直流電機和交流電機兩大類型。直流電機中，按照線圈類型分類，又可以分為有鐵芯的電機、空心杯電機。如果按照用途劃分，可以分為驅動用電機和控制用電機兩大類。驅動用電機包括無換向器電機和換向器直流電動機，控制用電機包括步進電機和伺服電機。
電機驅動芯片是一種用于電機控制的芯片，通過對驅動器進行控制，可實現對電機的轉動方向、速度和運動方式等進行多種模式控制，比如步進電機驅動芯片，可以通過設置不同的控制參數實現高精度的轉角和位置控制。電機驅動芯片已經應用和發展數十年，起初電機多采用分立元件搭建驅動電路，在集成電路技術與電力電子技術不斷發展下，電機驅動芯片逐步實現了集成化、小型化和智能化。
一般而言，機器人首先需要電機驅動芯片具有更高的性能與更強的穩定性。機器人的工作環境復雜，特別是當其被應用于工廠生產活動中，有可能在高電壓、大電流的環境下工作，這對芯片本體的穩定性將有更高要求。另外，機器人的關節要完成高轉速、頻繁的正反轉，實現高自由度，對于電機與驅動芯片的性能也有更高要求，如此可以更加快速準確地完成轉矩的控制。
無框力矩電機是一種以輸出扭矩為衡量指標的無框架式永磁電機，具有體積小、質量輕、慣量低、結構緊湊、功率高、 適配性強等特點，在機器人關節、傳感器萬向軸、無人機推進系統應用廣泛。不同于傳統的永磁電機，無框力矩電機沒有機殼，只有轉子和定子兩部件，這讓機器結構設計不再受制于電機殼體的束縛，可以利用機器的自身軸承支撐轉子，將電機無縫內置于機器當中。
其次，在機器人的運動控制中會應用到大量電子器件，如多種類型的傳感器、MCU、功率器件等，更高集成度的控制驅動芯片將是一個重要的發展方向。第三是更低的功耗。
展開 MIT新型電機用水使微型機器人滑動 杜克大學利用動物干細胞創造 “電子鼻”
1、學界|電機：MIT新型電機用水使微型機器人滑動
麻省理工學院林肯實驗室的Kedzierski和他的團隊正在制造一種稱為微液壓執行器的新型電動機。執行器的移動精度，效率和功率水平在微觀尺度上是不可能實現的。描述這項工作的論文發表在“ 科學機器人”雜志上。微液壓執行器使用稱為電潤濕的技術來實現運動。電潤濕將電壓施加到固體表面上的水滴以扭曲液體的表面張力。致動器利用這種扭曲來迫使致動器內的水滴移動，并與它們一起移動整個致動器。致動器構造成兩層。底層是一塊金屬片，上面刻有電極。該層覆蓋有電介質，絕緣體在施加電場時變得極化。一個液滴中的水平力不足以移動致動器。但是，當該電壓周期與陣列中每個液滴下方的電極一致地施加時，整個聚酰亞胺層滑過以平衡液滴對通電電極的吸引力。繼續循環通過電壓，液滴繼續在電極上行走，層繼續滑過; 關閉電壓，執行器停在其軌道上。然后，電壓成為精確控制執行器運動的強大工具。
2、業界|協作機器人： Universal Robots公司開始提供快速響應交付
憑借行業領先的制造流程，Universal Robots開始提供快速響應交付，這可以大大降低協作機器人的成本，以解決重復和難以填補的制造業工作，同時延長年終預算Universal Robots于2005年由該公司的首席技術官Esben?stergaard（2018年Engelberger獎得主）共同創立，他希望通過開發小型，用戶友好，價格合理，靈活的工業機器人，讓所有人都能使用機器人技術，這些機器人可以安全地使用。
3、業界|無人機：SKYCORP公司推出歐洲第一臺氫能無人機
SKYCORP公司正式推出歐洲首款氫動力無人機Drone Zero，其是一款具有緊湊型封裝的長續航四軸飛行器，由先進的人工智能無人機操作系統管理。
展開 電機技術干貨：振動原因一網打盡，扁線繞組成新能源工業新寵
</p><p>轉向助力電機（EPS）：高剛度繞組降低振動噪音，提升轉向手感，應用于大眾ID.系列、寶馬iX等車型。</p><p>油泵/水泵電機：小型化設計適配集成式熱管理系統，如特斯拉熱泵系統中的循環泵電機。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">2、工業與商用設備</strong></p><p>1）. 工業驅動電機</p><p>場景：數控機床、機器人關節電機、風機、泵類等大功率工業設備。</p><p>優勢：1）高槽滿率：70%+提升電機出力，滿足重型負載需求，如注塑機驅動電機功率可達100kW以上；2）散熱性好：適合長時間連續運行，如鋼廠軋機電機、礦山輸送機電機。</p><p>2）. 發電設備</p><p>場景：風力發電機、小型柴油發電機組的定子繞組。</p><p>優勢：扁線繞組可減少繞組端部長度，降低發電機銅損，提升發電效率，如1.5MW以上風電發電機采用扁線技術后效率提升0.5%-1%。</p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">3、消費電子與家電</strong></p><p>1）. 高端家電電機</p><p>場景：滾筒洗衣機直驅電機、變頻空調壓縮機電機、吸塵器無刷電機等。</p><p>優勢：1）低噪音特性：適配家用場景，如扁線電機驅動的洗衣機噪音可降低5-10dB；2）高效節能：符合家電能效標準，如一級能效空調壓縮機采用扁線技術后能耗降低10%。</p><p>2）. 移動設備與工具</p><p>場景：電動工具（如電鉆、電鋸）、無人機驅動電機、平衡車電機等。</p><p>優勢：輕量化與高功率密度結合，提升設備續航和動力，如扁線電機驅動的無人機續航時間延長10%-15%。
展開 