人形机器人开发始于选择合适的谐波减速机制造商

人形机器人领域的最新进展并非源于某一项单一技术的飞跃，而是更经济且更先进的硬件与软件融合的结果。AI系统、运动控制系统以及机器人本体的发展，都在人形机器人整体进步中发挥着至关重要的作用。各大参与者都在大力投入，不同国家和行业也提供了不同程度的支持，以推动大规模部署。谐波减速机等机器人零部件也在不断演进并实现技术突破。

人形机器人市场趋势

根据美国银行全球研究部（B of A Global Research）的数据，未来十年人形机器人出货量将实现强劲增长。这一增长将由人口老龄化和劳动力短缺带来的终端需求上升、技术进步（尤其是AI和运动控制）与产品设计优化、物料清单（BOM）成本下降以及终端应用扩展共同驱动。随着人形机器人开始在家庭和服务行业大规模应用，美国银行全球研究部对其长期需求持乐观态度。

B of A Global Research预计，到2025年全球人形机器人出货量将达到18,000台。到2030-35年，其预计年出货量将达到1 million台（相比2025年水平增加400,000台，全球累计销量达到10 million台）。这相当于2025至2035E期间88%的复合年增长率（CAGR）。

人形机器人与工业机器人的区别

工业机器人通常基于模块化算法执行预编程流程和任务，追求在特定标准化场景中的静态精度。相较之下，人形机器人必须适应高度不确定且开放的环境，整合来自听觉和视觉传感器的多模态信息，自主规划并执行动作。这体现了制造技术与AI技术的结合。

人形机器人的基本结构

典型的人形机器人结构可分为三层：AI系统、运动控制系统和机器人本体：

人工智能（AI）系统：人形机器人的“脑”，主要由AI芯片和算法组成。负责高层信息处理与决策（任务分解、环境理解、模型推理等）以及人机交互。

运动控制系统：人形机器人的“小脑”，主要由控制器和运动控制算法组成。主要负责运动协调、身体平衡和路径导航。

机器人本体：包含环境数据采集与运动执行所需的核心硬件，包括视觉系统、感知系统、执行器、灵巧手、能源系统和结构材料。

人形机器人的控制系统分为两层：

人工智能系统负责高层控制（信息处理、决策），由AI芯片和算法提供支持。

运动控制系统负责底层控制（运动协调、身体平衡），由控制器和运动控制算法提供支持。

芯片：人形机器人所使用的芯片主要包括处理器芯片、控制芯片和总线管理芯片。处理器芯片构成机器人“脑”的核心，主要用于模型推理和计算。目前主流技术是CPU（中央处理器）加GPU（图形处理器）架构，这也是最成熟的方案。

控制算法与具身AI：控制算法是人形机器人控制系统的核心，使机器人能够感知环境、处理海量传感数据、实时决策并执行动作。传统控制算法采用AI系统（“脑”）与运动控制系统（“小脑”）之间的分层设计。

相对而言，一些领先的人形机器人企业正在采用端到端模型。这些模型可直接根据输入的传感数据（视觉、语言、力等）生成动作指令，跳过复杂的中间处理步骤，并由单一神经网络执行。与分层方法相比，端到端模型具有更强的泛化能力、更高的效率以及更低的特征工程要求。然而，这类模型通常需要大量训练数据，这在短期内可能成为瓶颈。

机器人执行器模块

驱动系统是人形机器人运动控制的核心。它包括电动、电液和气动执行器，这些执行器通过将能量转化为物理运动来驱动或控制系统部件。虽然电液执行器可提供最高输出扭矩，但其成本更高，且存在漏油风险。气动执行器成本较低，但精度和输出力较低。由于具有高精度、快速响应和合理成本等优势，电动执行器已成为人形机器人的主流选择。

电动执行器由以下部分组成

伺服驱动

伺服电机：通常为无框力矩电机，用于输出扭矩。

传动系统：谐波/行星减速机（用于旋转执行器）实现扭矩转换；行星滚柱丝杠（用于直线执行器）将旋转运动转换为直线运动。

感知系统：编码器和扭矩/力传感器，用于采集系统数据。

根据功能，电动执行器可分为旋转执行器（用于颈部、肩部、手腕、肘部等旋转关节）或直线执行器（用于手臂、踝部、膝部等需要直线运动的关节）。

灵巧手

灵巧手是人形机器人执行复杂精细任务的关键末端执行器，例如拾取小型物体和处理易碎物品。当前不同制造商的设计自由度范围为6到42 度s of Freedom (DoF)，而人手为27 DoF。通常，6-DoF灵巧手设计可实现人手功能的60-70%。

减速机
减速机是一种用于人形机器人、工业机器人和机床中的机械装置，用于降低电机/发动机转速并提高输出扭矩。三种主要类型为：行星减速机、谐波减速机和RV（Rotary Vector）减速机。目前，在主流人形机器人设计中，旋转执行器通常采用谐波减速机或行星减速机。

行星滚柱丝杠
行星滚柱丝杠是用于直线执行器的高性能机械部件，可将伺服电机输出的旋转扭矩转换为直线运动。与滚珠丝杠相比，它具有寿命更长、承载能力更高、传动效率更高以及刚性更好等优势。因此，其被广泛应用于人形机器人、航空航天和重型机床等行业。

无框力矩电机
无框力矩电机是一种永磁电机。与传统电机不同，它仅由转子和定子组成，不带外壳、轴、轴承或反馈系统。这消除了对齿轮或传动轴等机械传动部件的需求，并通过磁力直接驱动负载。这种设计可在紧凑结构中实现高扭矩密度和高性能，常用于需要高扭矩和低速性能的应用场景，如机器人关节、医疗设备和航空航天系统。

感知系统
人形机器人的感知系统负责采集环境数据，并将其发送至运动控制模块，以调整机器人的动作。它包括摄像头、LiDAR（激光雷达）以及各种类型的传感器。传感器数量可根据机器人功能不同，从30个到200多个不等。

视觉系统

一种复杂的智能系统，利用多种类型的摄像头（双目摄像头、Time-of-Flight (ToF) cameras、结构光摄像头）和LiDAR采集周围环境的视觉信息，以增强机器人的感知、导航和运动控制能力。

力与扭矩传感器

力传感器用于测量施加的力或压力（主要用于直线执行器），并将其转换为电信号以用于测量、控制和监测。扭矩传感器用于测量施加的扭矩或旋转力。

惯性测量单元（IMU）

用于测量机器人的加速度、角速度及其他运动参数，帮助机器人感知自身姿态、运动状态并保持平衡。也广泛应用于消费电子、汽车和航空航天领域。

触觉传感器

常用于人形机器人的灵巧手中（通常每台机器人10个传感器，每根手指1个），用于测量传感器与物体之间的力和压力。它们模拟人类手指中的感受器，而这正是人体皮肤的重要组成部分。

谐波减速机在其中发挥关键作用

在人形机器人需求爆发的背景下，谐波减速机凭借轻量化设计和高扭矩密度优势占据主导地位，而行星减速机则在重载场景中形成补充。目前，柔轮精冲工艺和刚轮材料替代这两大技术路线，正推动减速机材料技术的迭代升级。长期来看，10 million台人形机器人的量产预计将带动¥19.15 billion的谐波减速机钢材市场，以及潜在¥3.83 billion的精冲钢/球墨铸铁技术替代市场。精密减速机是机器人的核心部件。

谐波减速机具有显著优势：体积小、重量轻、减速比大、扭矩密度高，可在有限空间内实现高效运行。同时，其在狭小空间和中等辐射环境等特定条件下仍能保持良好性能。这些特性使其在移动机器人中得到广泛应用。相比之下，精密行星减速机主要用于精度要求较低的部件，具有刚性更高、寿命更长和成本相对更低的优势。因此，在人形机器人中，谐波减速机与精密行星减速机的组合能够有效满足不同关节的动力传输需求。

人形机器人的未来

定制化需求增加

随着应用领域不断扩展，不同行业也提出了新的需求，定制化需求正在上升。工业物流机器人、服务机器人、医疗康复机器人、教育/科研机器人、娱乐IP机器人以及特种机器人都具有不同的设计要求。例如，特种机器人需要在恶劣环境中运行，教育机器人强调高性价比，服务机器人注重交互能力升级，物流机器人则要求高度动作灵活性。鸿磐致力于为不同机器人制造商和开发者提供解决方案。

更严格的成本控制

人形机器人的开发本质上是一场资本竞赛，而资本最终追求的是对重投入的回报。汽车制造商、移动设备企业、软件公司等都已进入该行业。人形机器人供应商之间的竞争将成为常态。

模块化与快速安装

随着机器人功能持续升级，能否快速完成机器人组装并迅速将新功能推向市场，是关键竞争因素之一。许多客户会直接采购预集成的机器人关节模组。典型的关节模组包括减速机（通常为精密谐波减速机）、驱动器、绝对值编码器、制动器、无框力矩电机、增量式编码器以及集成关节总成。采购模块而非单独采购零部件，可以降低采购成本、缩短安装时间并加快研发进度。

如何选择机器人零部件供应商

选择具备强大研发能力的供应商，对于实现高效的一对一技术协作至关重要。鸿磐为每位客户配备专属技术支持，从选型、售后安装指导，到谐波减速机润滑脂密封指导等细节，均提供一对一服务。许多客户表示，鸿磐就像他们值得信赖的合作伙伴。在整个人形机器人开发过程中，只要出现与精密传动相关的挑战，我们始终随时准备协助解决。这对于加快开发进度和降低研发成本具有关键作用。

鸿磐专注于精密传动设备，包括谐波减速机、行星减速机、机器人关节模组、机器人旋转执行器和RV减速机。作为一家集销售、生产和研发于一体的企业，自2018年以来，我们已为超过200,000家公司提供精密传动解决方案。我们提供一对一指导，并为每个项目建立专属技术沟通群。高效服务和高性价比产品，是众多客户选择我们并保持长期合作关系的原因。