在人形机器人中，关节模组是实现机器人运动和功能的核心组件，其成本占比超过50%，这意味着关节模组供应商在人形机器人产业链中具有极高的市场价值和盈利潜力。（特斯拉人形机器人即将量产，关节模组一级供应商xxxx、xxxx值得重点关注)
关节模组（执行器）主要可分为旋转执行器和线性执行器两大类。其关键技术组成如下：
1. 电机（动力来源）
- 无框力矩电机：
是机器人关节的主流选择。其核心优势包括高扭矩密度、紧凑结构、散热性好，且中空设计便于布线，适合高集成度应用。特斯拉Optimus的14个旋转和14个线性执行器均采用此类电机。 - 空心杯电机：
用于灵巧手等高精度末端执行部件，具有体积小、响应快、功率密度高的特点，适应手指关节的自由度需求。特斯拉灵巧手单机需12个空心杯电机。19
2. 传动机构
- 减速器：
- 谐波减速器：旋转执行器常用，特点是体积小、传动比大（50-300:1），但成本较高。优必选Walker、特斯拉Optimus等均采用。5
- 行星减速器：准直驱方案中的低成本替代方案，适合负载范围内经济性优先的场景（如特斯拉早期方案）。
- 行星滚柱丝杠：
线性执行器的核心部件，具有高承载能力、长寿命（特斯拉Optimus使用了10根行星滚柱丝杠，成本占比约10%）。相比滚珠丝杠，其在重载工况下性能更优，但国产化仍需突破（如新剑传动、北特科技的产线布局）。3
3. 传感器
- 力矩传感器：
- 一维力矩传感器：用于旋转关节，监测关节扭矩（特斯拉采用每个旋转关节配置一个，单价约400元）。7
- 六维力矩传感器：安装在手腕和脚踝，测量多向力和力矩（单价2-4万元，国产厂商如坤维科技、东华测试加速替代）。7
- 编码器：
提供高精度位置反馈，实现闭环控制。特斯拉使用增量式编码器，而国内方案倾向于高分辨率磁编码器。 - 触觉传感器：
灵巧手的核心部件，用于识别抓握物体的材质、纹理及受力分布（如特斯拉手部配置10个触觉传感器）。18
4. 辅助结构
- 轴承：支撑传动部件，减少摩擦损耗，高精度轴承直接影响运动平稳性。
- 热管理模块：如液冷循环系统（智元PowerFlow关节搭载），用于高功率密度电机的散热。
- 轻量化材料：
PEEK材料（密度仅为铝合金一半）用于齿轮和骨架，减重40%且保持刚性（特斯拉、宇树机器人使用）。9
5. 控制器与算法
- 驱动器：控制电机的电流、转速和扭矩，特斯拉Optimus采用集成化矢量控制驱动器。
- 运动控制算法：基于力反馈和实时轨迹规划（如傅利叶GR-1引入端到端环境感知算法），确保运动协调性和稳定性。3
技术路线对比
| 执行器类型 1 | 旋转执行器 6 | 线性执行器 5 |
|---|---|---|
| 传动机构 | 谐波减速器/行星减速器 18 | 行星滚柱丝杠 11 |
| 核心场景 | 肩、髋等旋转关节 1 | 大臂、大腿等推拉动作 |
| 关键厂商技术选择 | 宇树H1用自研行星减速器模组 | 特斯拉Optimus采用GSA丝杠 11 |
国产化进展与挑战
- 电机：拓邦、雷赛智能突破空心杯绕线工艺，对标Maxon、Faulhaber。19
- 减速器：绿的谐波打破哈默纳科垄断，行星滚柱丝杠国产化仍处早期（如南京工艺、贝斯特产线）。1
- 传感器：六维力矩与触觉传感器仍依赖进口（帕西尼、汉威科技布局替代）。7
总结：关节模组的技术壁垒集中在高密度电机设计、精密传动和传感器融合，随特斯拉量产推进，国产供应链在关键环节的替代能力将成为核心竞争力。
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