为什么随着更多行业进入人形机器人领域，人形机器人关节执行器变得至关重要？

人形机器人正在超越传统机器人制造商的范畴

人形机器人正迅速成为一项跨行业技术。除了传统的机器人公司外，汽车制造商、人工智能公司、物流供应商、消费电子公司和先进制造企业也纷纷进入人形机器人市场。

原因并非仅仅是人们对人形机器人的兴趣日益浓厚。各个行业都拥有能够加速人形机器人研发和商业化的能力。汽车公司在电机、电池、电力电子、制造和供应链方面拥有丰富的专业知识。人工智能公司贡献了感知、机器学习、运动规划和具身人工智能等技术。物流公司提供了机器人可以执行各种物理任务的大规模真实环境。消费电子制造商则带来了小型电子元件、传感器、嵌入式系统和大规模生产能力。

近期的发展使这一趋势日益明显。小鹏汽车的机器人业务在2026年8月的首轮外部融资中筹集了超过9亿美元，该公司正持续研发并扩大其IRON人形机器人的规模。现代汽车也正通过波士顿动力公司及其更广泛的机器人战略推进人形机器人的商业化。与此同时，谷歌DeepMind正通过Gemini Robotics推进机器人智能的发展，而亚马逊则继续在其物流运营中扩展人工智能驱动的机器人技术。

这些不同方法背后的共同点是，人工智能最终需要控制物理机器。

这使得人形机器人关节驱动器成为机器人智能与物理运动之间最重要的接口之一。

为什么汽车、人工智能、物流和科技公司纷纷进军人形机器人领域？

如今进入人形机器人领域的公司未必拥有相同的技术背景，但它们现有的能力可以补充人形机器人的要求。

汽车公司正在将电动驱动和人工智能技术扩展到机器人领域。

特斯拉、现代和小鹏汽车展示了汽车公司如何将电动驱动系统、电池、电子、人工智能、制造和供应链管理方面的经验转移到人形机器人领域。

然而，人形机器人的运动问题与电动汽车的运动问题有着本质的区别。

电动汽车主要将电能转化为车轮扭矩，而人形机器人可能需要数十个独立控制的旋转关节。

每个机器人关节执行器都必须在重量、尺寸、扭矩、精度、热性能和动态响应等方面的严格限制内运行。

这就产生了一个新的工程要求：在不使机器人过重的情况下实现高输出扭矩。

因此，高扭矩密度机器人驱动器在人形机器人设计中变得越来越重要。

人工智能公司正在将机器人智能与物理驱动相结合

开发人工智能和具身智能的公司正从软件方面着手研究人形机器人。

例如，谷歌DeepMind的Gemini Robotics 2专注于推进机器人智能，使其能够实现全身控制、灵巧操作和更复杂的物理交互。

但是人工智能模型无法直接控制机器人移动。

该指令必须经过运动规划、控制算法、电机控制、反馈系统，最后到达机器人关节执行器。

这就建立了一种根本性的关系：

人工智能 → 运动规划 → 机器人控制 → 执行器 → 物理运动

因此，执行器不再仅仅是一个机械部件，而是成为了具身人工智能系统的重要组成部分。

物流公司正在为人形机器人提供实际应用案例

亚马逊代表着进入机器人领域的另一条重要途径。

与人工智能公司不同，物流公司已经运营着包含重复性体力劳动、既定工作流程和大量运营数据的大规模环境。

亚马逊不断扩大仓库机器人规模，这表明物流可以成为物理人工智能的重要商业环境。

人形机器人最终可以在原本为人类工人设计的设施中执行任务，包括物料搬运、拣选、装载、运输以及与现有设备的交互。

与传统的自主移动机器人和自动导引车相比，人形机器人需要更广泛的运动范围。

他们必须行走、弯腰、伸手、转身、抓握，并应对不断变化的负荷。

因此，人形机器人执行器的要求与传统移动机器人驱动系统的要求有很大不同。

消费电子公司正从小型电子产品转向机器人系统

三星等公司在半导体、传感器、小型电子产品、嵌入式系统、电池、电机和大规模生产方面拥有丰富的经验。

然而，人形机器人的关节在与消费电子产品截然不同的机械条件下运行。

机器人关节必须反复承受加速、减速、振动、外力、冲击和变化的载荷。

因此，机器人关节电机的开发需要的远不止是电子小型化。

机械可靠性、轴承设计、传动耐久性、编码器集成、热管理、结构刚度和长期运行稳定性都变得至关重要。

人形机器人关节是智能与运动的接口。

人形机器人可以理解为多个技术层次的组合：

人工智能模型 → 感知 → 运动规划 → 控制器 → 机器人关节执行器 → 机械运动

机器人关节是将数字指令转换为物理运动的地方。

因此，人形机器人的关节必须同时满足多个要求。

它需要足够的输出扭矩来驱动机器人及其有效载荷。它需要低传动误差和低齿隙以实现精确运动。它需要足够的刚度以在负载下保持可预测的性能。它需要灵敏的反馈以实现闭环控制。此外，它还需要足够紧凑轻便，以便集成到机器人的机械结构中。

因此，选择人形机器人执行器不能简单地归结为选择一个功率足够的电机。

需要考虑完整的执行器架构。

为什么谐波驱动执行器对人形机器人关节具有吸引力？

人形机器人面临的关键挑战之一是在有限的机械空间内实现高扭矩。

传统的电机可能无法在所需的转速和尺寸下提供足够的输出扭矩。

谐波驱动执行器将电机与谐波传动系统相结合，在紧凑的封装内实现高减速比和精确的旋转运动。

这种结构可以为类人机器人关节提供几个有价值的特性，包括高减速比、紧凑的尺寸、低反冲、高定位精度和高扭矩密度。

然而，不同人形机器人关节的要求并不相同。

髋关节、膝关节、踝关节、肩关节、肘关节、腕关节和其他关节对扭矩、速度、重量、尺寸、刚度和反馈的要求可能大相径庭。

因此，选择谐波执行器时，应根据关节的具体运行条件来选择，而不是简单地选择额定扭矩最高的执行器。

为什么扭矩密度对人形机器人执行器很重要？

重量是人形机器人设计中最重要的限制因素之一。

如果执行器重量增加，机器人每次运动都必须承受额外的质量。这会增加其他关节的负荷，并影响能耗和动态性能。

这会产生连锁反应。

更重的腿部驱动器会增加腿部结构必须移动的负载。更高的结构负载可能需要更坚固的部件，这会进一步增加重量。

因此，人形机器人开发者越来越需要评估扭矩重量比和扭矩密度，而不仅仅是扭矩。

高扭矩密度执行器可以帮助机器人制造商更好地平衡以下几点：

• 输出扭矩

• 执行器重量

• 安装空间

• 动态响应

• 能源效率

• 机械刚度

这对于髋关节、膝关节、踝关节和其他高负荷人形机器人关节尤其重要。

低反冲和高刚度对于机器人协调运动至关重要

人形机器人依赖于跨多个自由度的协调运动。

设想一个人形机械臂正在执行一项精细操作任务。肩部、肘部、腕部和手部必须协同工作，而控制器则不断调整它们的位置。

如果一个关节引入过大的间隙或不一致的传动行为，误差会沿着整个运动链传播。

因此，低背隙机器人关节驱动器对于需要精确定位和协调多轴运动的应用非常重要。

然而，反冲力只是一个参数。

机器人开发人员还应考虑扭转刚度、传动精度、轴承结构、编码器分辨率、控制带宽、热稳定性和长期耐久性。

因此，必须将高性能人形机器人执行器作为一个完整的机械和机电系统进行评估。

集成式机器人关节执行器可降低系统集成复杂性

传统的机器人关节可能需要单独的组件，例如电机、谐波减速器、编码器、驱动器、制动器、轴承、外壳以及其他电气和机械接口。

这种架构提供了灵活性，但也带来了大量的集成工作。

对于拥有数十个可动关节的人形机器人来说，工程工作量可能会变得相当大。

机器人制造商需要设计接口、管理公差、集成编码器、配置驱动程序、开发通信、完成校准、执行热测试并验证整个关节。

集成式机器人关节执行器可以将关键功能组合到一个机电模块中，从而降低这种复杂性。

对于从汽车、人工智能、物流或消费电子行业进入人形机器人领域的公司来说，这可能尤其有价值。

机器人制造商无需独立开发每个执行器组件，而是可以采用标准化的联合平台，并将内部资源集中于机器人结构、控制算法、人工智能、感知、操作和应用开发。

跨行业公司在开发人形机器人时面临哪些挑战？

向人形机器人过渡并非仅仅是将现有技术转移到新产品中那么简单。

每个行业都面临着不同的工程挑战。

汽车公司需要从车辆级驱动系统转向多关节运动系统

汽车公司在电机和大规模生产方面拥有丰富的经验，但人形机器人需要许多紧凑型执行器同时运行。

因此，挑战不仅仅在于电机动力。

公司必须优化电机、减速器、编码器、控制器、机械结构、热管理和机器人整体重量之间的关系。

人工智能公司需要为具身人工智能提供可预测的物理界面

人工智能公司可能拥有复杂的模型和控制算法，但物理机器人会引入摩擦、反冲、柔顺性、振动、温度变化、有效载荷变化和机械公差。

执行器响应越可预测，控制系统就越容易将数字命令转换为一致的物理运动。

物流公司需要能够适应以人为本环境的机器人

仓库自动化传统上严重依赖于传送带、自主移动机器人、机械臂和自动化存储系统等专用机器。

人形机器人引入了一种不同的概念：一台通用机器能够在为人类设计的环境中执行多种物理任务。

这就对机器人的关节提出了更高的要求，因为同一个机器人必须能够支撑行走、弯曲、伸展、操作和负载搬运。

消费电子公司需要将小型化与机械耐用性结合起来

紧凑型电子技术可以帮助减小执行器尺寸，但人形机器人的关节也必须承受持续的机械载荷。

挑战在于如何在紧凑的尺寸、扭矩密度、结构刚度、热管理、变速器寿命和可靠性之间取得平衡。

从人形机器人原型到量产

开发人形机器人原型和生产数千个机器人是截然不同的工程挑战。

在原型制作过程中，制造商可以容忍定制组件、手动校准和频繁的机械修改。

大规模生产需要一致的执行器性能、可控的公差、可重复的装配、稳定的反馈特性、可预测的热行为和可靠的制造工艺。

这使得执行器标准化变得越来越重要。

模块化人形机器人关节执行器平台可以让制造商围绕通用架构开发多种关节配置，同时根据不同的应用调整扭矩、速度、尺寸、编码器、驱动器和其他规格。

因此，行业面临的问题正在发生变化。

事情不再仅仅是：

这个人形机器人能移动吗？

接下来的问题是：

它能执行有用的任务吗？

和：

它能否大规模地可靠且经济地执行这些任务？

执行器架构在每个阶段都发挥着重要作用。

人形机器人行业正在为关节执行器供应商创造新的机遇

随着不同行业的公司纷纷涉足人形机器人领域，供应链也在发生变化。

人工智能公司提供智能。

汽车公司提供电气化和制造服务。

物流公司提供真实世界的应用环境。

消费电子公司提供小型化电子产品和供应链能力。

传统机器人公司提供精密运动控制和机械工程服务。

但这些功能最终需要融合到机器人的物理本体中。

人形机器人关节驱动器是这些技术交汇的最重要点之一。

高性能执行器可能需要结合以下特点：

伺服电机 + 谐波减速器 + 编码器 + 驱动器 + 轴承 + 外壳 + 反馈 + 热管理

在紧凑的机械结构内。

这就是为什么执行器不再仅仅是一个组件的原因。

它正在成为人形机器人的一个战略子系统。

如何选择人形机器人关节执行器供应商？

对于开发人形机器人的公司而言，选择执行器供应商不应仅仅比较额定扭矩或价格。

评估应考虑机器人平台的全部开发和生产要求。

评估机械性能

重要因素可能包括输出扭矩、峰值扭矩、额定转速、减速比、齿隙、扭转刚度、传动精度、使用寿命、重量和整体尺寸。

评估反馈和控制兼容性

编码器分辨率、电机侧和输出侧反馈、通信接口、控制带宽、扭矩反馈和驱动器集成都会影响执行器与机器人控制器的协同工作效率。

评估定制化和联合级集成

人形机器人通常需要针对不同关节配置不同的驱动器。

因此，一个合格的供应商应该能够支持定制的机械接口、电机规格、编码器配置、驱动器选项、通信协议和外壳设计。

评估生产能力

一个成功的类人机器人执行器供应商必须能够支持从原型数量到稳定批量生产的过渡。

随着机器人生产规模的扩大，工程验证、质量控制、生产一致性、测试能力和供应链稳定性变得越来越重要。

HONPINE：面向人形机器人的集成谐波执行器解决方案

HONPINE 专注于谐波减振器、谐波执行器以及用于人形机器人、协作机器人、工业机器人、移动机械臂和其他高性能机器人应用的集成机器人关节解决方案。

HONPINE 的集成关节解决方案可以将电机、谐波传动装置、编码器、驱动器和其他关节级组件等关键功能集成到一个紧凑的机电平台上。

这种方法有助于机器人制造商降低机械和电气集成的复杂性，同时开发出具有高精度、紧凑尺寸和高扭矩密度的机器人关节。

对于从汽车制造、人工智能、物流、消费电子或工业自动化领域进入人形机器人领域的公司而言，在开发早期阶段选择的执行器架构会影响机器人的整体性能、重量、可靠性、开发周期和可扩展性。

人形机器人技术可能始于人工智能，但只有当人工智能能够控制可靠的物理实体时，它才能发挥作用。

增强智力，强健体魄，从关节开始。

HONPINE——面向下一代人形机器人的谐波机器人关节解决方案。