機器人產業(yè)圖譜（來源：中信建投）

無框電機結構組成及應用場景

無框電機結構組成及應用場景

無框電機主要供應商及市場格局

空心杯電機結構及市場規(guī)模

先從人形機器人的電機原理，分布開始與大家開始講解！

◆宇樹機器人電機分布◆

下圖是人形機器人的電機，分布，共計19個關機電機，單腿關節(jié)為 5 自由度，單手臂為 4 自由度，再與腰部，頭的電機 自由組合，可以組成人體的多個自由度動作。

圖片來源：東方財富研究所、宇樹科技官網

該機器人結構大致可以分為上軀、左臂、右臂、左腿和右腿五個部分，每個部分都分布有不同的關節(jié)電機，用于實現各個方向的運動和靈活的操作。

■上軀部分

12# 右手俯仰電機：12+16個電機用于實現上臂的上下旋轉運動。

16# 左手俯仰電機：12+16兩個電機用于實現上臂的上下旋轉運動。

13# 右手滾動電機：用于右手臂的左右滾動調整。

14# 右手偏航電機：用于右手的內外旋轉（偏航）。

17# 左手滾動電機：用于左手臂的左右滾動調整。

18# 左手偏航電機：用于左手的內外旋轉（偏航）。

6# 軀干偏航電機：用于控制軀干的旋轉，幫助機器人實現扭動動作。

■左臂部分

5# 左腿膝電機：用于左腿膝蓋的彎曲和伸直。

4# 左腿俯仰電機：用于左腿的上下俯仰調整。

3# 左腿滾動電機：用于左腿的左右滾動調整。

■右臂部分

15# 右手肘電機：用于右手肘的彎曲和伸直。

19# 左手肘電機：用于左手肘的彎曲和伸直。

■左腿部分

7# 左腿偏航電機：用于右腿的內外旋轉（偏航）。

5# 左腿膝電機：用于左腿膝蓋的彎曲和伸直。

10# 左腿踝電機：用于右腿踝關節(jié)的調整。

3# 左腿踝電機：用于左腿踝關節(jié)的調整。（對應右腿的踝部電機）

■右腿部分

8# 右腿偏航電機：用于右腿的內外旋轉（偏航）。

2# 右腿膝電機：用于右腿膝蓋的彎曲和伸直。

11# 右腿踝電機：用于右腿踝關節(jié)的調整。

10# 左腿踝電機：用于左腿踝關節(jié)的調整。（對應右腿的踝部電機）

◆宇樹機器人電機參數◆

關節(jié)采用了 Unitree 自研 M107 電機，具備出色的性能和特點。該電機的最大扭矩為 360N.m，

髖關節(jié)電機扭矩 220Nm，踝關節(jié) 45Nm，手臂關節(jié) 75Nm。

H1 人形機器人 19 個自由度，行走速度 1.5m/s，潛在運動能力 5m/s

最大拉力（在 3.5cm 力臂等效條件下）為 10000N，采用了中空軸線的設計，使得電機在結構上更加輕量化、緊湊化。

M107 電機還配備了雙編碼器，提供更準確的位置和速度反饋，以滿足高精度控制的需求。

M107的電機核心零部件：伺服電機、減速器、控制器（均為自研自產）

其具體參數與特斯拉對比如下圖所示：

根據圖中給出的參數，M107電機相比Tesla-1和Tesla-2電機有以下優(yōu)勢：綜上所述，M107電機在提供高拉力、重量輕、高性能密度、以及具有中空軸線和雙編碼器等方面具有顯著優(yōu)勢，適用于需要高精度和高性能的應用場景。

◆人形機器人關節(jié)電機行業(yè)分析◆

下文總結當前所有人形電機的參數，進行對比分析，如下所示：

■特斯拉 Optimus 旋轉執(zhí)行器

設計方案：電機 + 諧波減速器 + 位置/力矩傳感器 + 離合器

型號：

小型：扭矩 20Nm，重量 0.55kg

中型：扭矩 11Nm，重量 1.62kg

組件：角接觸球滾珠軸承、機械離合器、諧波減速器、交叉滾子軸承、輸入/輸出位置傳感器（編碼器）、永磁體（電機）、非接觸力矩傳感器

特點：剛性 + 離合器的設計方案，具備剛性執(zhí)行器簡單、高精度的特點，動力傳動平穩(wěn)

■小鵬 PX5 人形機器人執(zhí)行器

小鵬PX5人形機器人（來源：小鵬官網）

設計方案：諧波減速器 + 行星減速器

關節(jié)特點：耐用性和可靠性高，平均無故障時間超過數千小時

控制模式：高精度力控模式，觸地感知和越障適應能力強

機械臂：7 自由度，重復定位精度 0.05mm，單臂最大負載 3kg，自重 5kg，負載自重比超 0.6，最大末端線速度 1m/s

■優(yōu)必選旋轉執(zhí)行器

優(yōu)必選Walker S1工業(yè)機器人（來源：優(yōu)必選官網）

方案：大型（諧波減速器和行星減速器兩種方案）、中小型

應用：Walker、機械臂、Alpha 系列、Cruzr、Jimu 系列、ADIBOT

大型執(zhí)行器：高密度無框力矩電機、雙位置編碼器、行星或諧波減速器、高性能處理控制器，最大扭矩 ≥200Nm

中小型執(zhí)行器：電控板集成控制算法、導光件顯示驅動器狀態(tài)、齒輪組動力傳輸、電機產生動力、舵盤連接輸出

■小米 Cyber Gear 執(zhí)行器

小米Cyberone機器人（來源：小米官網）

設計方案：高性能伺服電機 + 行星減速器 + 驅動器 + 單編絕對值編碼器

應用：Cyber Dog 機器狗

特點：集成設計，優(yōu)化減速器和電磁設計自研散熱系統，扭矩密度 37.85Nm/kg，功率密度 511.04W/kg，定轉子優(yōu)質選材，仿真算法去除 20% 重量冗余，模內注塑內齒圈，槽滿率 55%

控制精度：±0.2Nm@<3Nm，±0.4Nm@<8Nm，±5%@<=12N.m；FOC 控制，0-90% 峰值扭矩響應時間 20ms

■智元 PowerFlow 關節(jié)電機

智元遠征A1機器人（來源：智元官網）

設計方案：準直驅關節(jié)方案，包含行星減速器、共軛同軸雙編碼器

應用：智元遠征 A1 具身智能機器人

特點：低齒槽轉矩設計，10 速比以內的高力矩透明度行星減速器，一體液冷循環(huán)散熱系統，自研矢量控制驅動器，峰值扭矩超 350NM，重量 1.6KG

■傅利葉智能 FSA 高性能一體化執(zhí)行器

傅利葉智能GR-1通用人形機器人（來源：傅利葉官網）

設計方案：集成電機 + 驅動器 + 減速器 + 編碼器

應用：GR-1 通用人形機器人

特點：最大關節(jié)模組峰值扭矩可達 300NM，自研一體式執(zhí)行器

■技術點分析

技術多樣性：各家公司采用的執(zhí)行器設計方案各不相同，從單一的諧波減速器到組合使用行星減速器，再到準直驅關節(jié)方案，體現了技術在人形機器人領域的多樣性和創(chuàng)新性。

性能優(yōu)化：多數公司注重扭矩密度、功率密度和重量的優(yōu)化，通過高性能電機、優(yōu)化減速器和散熱系統來提升執(zhí)行器的整體性能。

集成化趨勢：多家公司采用一體化設計，將電機、驅動器、減速器和編碼器集成在一起，以提高系統的緊湊性和可靠性。

自研能力：多數公司展示了強大的自研能力，不僅在設計上有所創(chuàng)新，還在核心零部件上實現了自主研發(fā)和生產。

高精度控制：許多執(zhí)行器采用了高精度傳感器和先進的控制算法，以實現精確的位置和力矩控制，這對于人形機器人的運動精度和穩(wěn)定性至關重要。

◆總 結◆

人形機器人執(zhí)行器的發(fā)展呈現出技術多樣性、性能優(yōu)化、集成化趨勢、自研能力強和高精度控制等特點。

特斯拉、小鵬、優(yōu)必選、小米、智元、傅利葉智能和宇樹等公司都在執(zhí)行器設計上取得了顯著進展，為人形機器人的發(fā)展提供了強有力的支持。

這些執(zhí)行器不僅具備高扭矩密度和功率密度，還實現了輕量化、高精度控制和一體化設計，為人形機器人的運動性能、穩(wěn)定性和可靠性提供了保障。

未來，隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，人形機器人執(zhí)行器將繼續(xù)朝著更高性能、更智能化和更可靠的方向發(fā)展。