制造商应如何在 2026 年升级机械臂和具身智能的谐波关节模块？

2026年，越来越多的机械臂、人形 AI 机器人和高端自动化设备制造商开始采用谐波一体化关节模块升级现有系统。过去，选型决策主要关注减速器精度、负载能力和重复定位精度。如今，要求已扩展到力控制、动态响应、系统集成、开发效率和安全性。

对于希望提升机器人整体性能的制造商来说，升级谐波一体化关节模块已不再只是更换减速器，而是要提升整个机电系统的能力。

1. 升级为 EtherCAT 谐波一体化关节模块

EtherCAT 支持多轴同步控制，适用于多关节机械臂、人形机器人和高动态运动系统。

对于机械臂制造商，EtherCAT 有助于减少多轴控制中的通信延迟和同步误差，同时简化控制器与各关节之间的通信架构。

但是，实际性能仍取决于通信周期、驱动器实现方式、主控制器和整体系统配置。仅仅增加 EtherCAT 接口，并不能自动保证高速同步或更佳的运动性能。

2. 升级为内置扭矩传感器的谐波一体化关节模块

传统机器人关节主要解决两个问题：关节应该移动到哪里，以及到达目标位置的精度如何？

然而，在人机协作、柔性物体抓取、精密插入、打磨和抛光等应用中，机器人还需要知道施加了多大的力或扭矩。

内置扭矩传感器可实时测量关节输出扭矩，并为阻抗控制、柔顺运动控制和力位混合控制提供反馈。

这样，机器人就不再只是执行位置指令，还可以根据接触力调整动作，从而更灵活地与物体及周围环境交互。

对于具身 AI、灵巧操作和协作机器人应用，扭矩感知是实现更智能、响应更灵敏的关节控制的重要一步。

3. 从单编码器升级为双编码器配置

传统关节模块通常主要依赖电机侧编码器。升级后的双编码器配置可同时提供电机侧和减速器输出侧的位置反馈。

这种配置有助于识别传动误差、弹性变形和某些异常运行状况，也能为更精确的输出位置控制提供所需反馈。

选择双编码器谐波关节模块时，制造商不应只关注编码器数量，还应核实几项重要规格，包括：

• 编码器是绝对式还是增量式。

  
  

• 编码器分辨率和测量精度。

  
  

• 上电后建立位置的方式。

  
  

• 多圈位置数据是否需要电池或其他备份机制。

双编码器配置可以提高传动系统的可观测性，但实际定位性能仍取决于编码器规格、机械传动特性和控制算法。

4. 采用中空轴谐波一体化关节模块

中空轴设计是机械臂和人形机器人开发中的一项重要考量。

有效通孔直径、内部布线空间、法兰尺寸和轴向长度都会直接影响机器人的机械结构。

进一步优化可包括增大可用中空孔径、采用更紧凑的轴向结构、配置适当的轴承支撑，以及更好地集成线缆、气管和传感器布线。

对于人形机器人的肩部、腕部和腰部关节，这些因素尤为重要，因为多个机械和电气连接都必须布置在有限空间内。

设计合理的中空轴谐波关节模块可简化内部布线、降低结构复杂度，并为机器人系统集成提供更大的灵活性。

5. 升级热管理：关注连续扭矩，而非短时峰值扭矩

对于需要长时间保持姿态或频繁加速、减速的机械臂，温升可能比短时峰值扭矩更重要。

制造商应评估电机绕组温度监测、减速器温升、驱动器热保护、扭矩降额曲线，以及达到热平衡后的连续扭矩。

仅凭峰值扭矩无法全面了解关节模块的工作能力。

如果供应商只标注峰值扭矩，却未提供连续扭矩额定值及相应测试条件，就更难判断该模块能否可靠满足应用要求。

因此，升级谐波一体化关节模块时，应在实际运行条件下评估热性能，包括工作循环、环境温度、冷却条件和运动曲线。

6. 通过制动器和安全转矩关闭（STO）升级安全性

对于协作机械臂、人形机器人和高负载关节，安全考量不应局限于机械制动器。

制造商还应评估安全转矩关闭（STO）、过电流保护、过温保护、通信故障处理和故障恢复机制。

需要明确区分的是：STO 通常会阻止驱动器主动产生电机扭矩。它不是机械制动器，也不能保证垂直轴或悬挂负载保持静止。

如果应用要求断电后仍能安全保持负载，则必须单独评估制动配置和整体安全架构。

在人机协作应用中，还必须在完整机器人系统层面评估并验证安全要求，不能仅依赖单个关节模块的安全功能。

7. 升级电机，提高扭矩密度和动态响应

评估谐波一体化关节模块中的无框力矩电机时，制造商应考虑扭矩密度、转子惯量、绕组温升、峰值电流以及低速运行平稳性。

对于空间受限的机械臂，目标并非只是安装更大的电机，而是在现有体积和重量限制内实现更强的连续输出能力和动态性能。

转子惯量较低的电机有助于改善加速和减速响应，而合理的电磁设计和热管理则有助于满足要求更高的工作循环。

最终性能取决于电机、谐波减速器、轴承、编码器反馈和控制系统的综合特性。

因此，电机选型应依据完整关节模块的运行要求，而不是单一的扭矩或功率额定值。

8. 将驱动器从基础伺服控制升级为高级力控制

除 EtherCAT 通信接口外，制造商还应评估电流、速度和位置控制环的性能，以及驱动器对扭矩控制、阻抗控制、前馈补偿、滤波和参数调试工具的支持情况。

真正有意义的升级，是让驱动器、扭矩传感器和编码器协同工作，形成闭环系统，而不仅仅是增加另一个通信接口。

还应在预期运行条件下核实传感器数据刷新率、控制周期和实际力控带宽。

对于具身 AI 机器人和协作机器人系统，这些能力会影响关节对外力的响应、保持稳定接触以及执行精确交互任务的效果。

归根结底，谐波一体化关节模块的价值不在于包含多少项功能，而在于这些功能在最终应用中能否有效协同。

结论：升级整个关节系统，而非单个部件

协作机器人制造商、具身 AI 开发商和高端自动化设备供应商之间的竞争，已不再由某一项技术规格决定。

关键在于系统在实际应用中的表现、集成和开发效率、交付可靠性，以及整体成本是否具有竞争力。

作为谐波一体化关节模块制造商，HONPINE 专注于超越单个部件的性能，提升完整机电系统的能力。

从 EtherCAT 通信和内置扭矩感知，到双编码器反馈、中空轴集成、热管理、安全功能、电机优化和高级驱动控制，每项升级都应针对具体的工程需求。

联系 HONPINE，了解我们的谐波一体化关节模块，并探索适用于机械臂、人形机器人、具身 AI 和高端自动化设备的解决方案。