宇樹(shù)機(jī)器人深度解析：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)篇

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)圖譜（來(lái)源：中信建投）

無(wú)框電機(jī)結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用場(chǎng)景

無(wú)框電機(jī)結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用場(chǎng)景

無(wú)框電機(jī)主要供應(yīng)商及市場(chǎng)格局

空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)及市場(chǎng)規(guī)模

先從人形機(jī)器人的電機(jī)原理，分布開(kāi)始與大家開(kāi)始講解！

◆宇樹(shù)機(jī)器人電機(jī)分布◆

下圖是人形機(jī)器人的電機(jī)，分布，共計(jì)19個(gè)關(guān)機(jī)電機(jī)，單腿關(guān)節(jié)為 5 自由度，單手臂為 4 自由度，再與腰部，頭的電機(jī) 自由組合，可以組成人體的多個(gè)自由度動(dòng)作。

圖片來(lái)源：東方財(cái)富研究所、宇樹(shù)科技官網(wǎng)

該機(jī)器人結(jié)構(gòu)大致可以分為上軀、左臂、右臂、左腿和右腿五個(gè)部分，每個(gè)部分都分布有不同的關(guān)節(jié)電機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)和靈活的操作。

■上軀部分

12# 右手俯仰電機(jī)：12+16個(gè)電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)上臂的上下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

16# 左手俯仰電機(jī)：12+16兩個(gè)電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)上臂的上下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

13# 右手滾動(dòng)電機(jī)：用于右手臂的左右滾動(dòng)調(diào)整。

14# 右手偏航電機(jī)：用于右手的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)（偏航）。

17# 左手滾動(dòng)電機(jī)：用于左手臂的左右滾動(dòng)調(diào)整。

18# 左手偏航電機(jī)：用于左手的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)（偏航）。

6# 軀干偏航電機(jī)：用于控制軀干的旋轉(zhuǎn)，幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)扭動(dòng)動(dòng)作。

■左臂部分

5# 左腿膝電機(jī)：用于左腿膝蓋的彎曲和伸直。

4# 左腿俯仰電機(jī)：用于左腿的上下俯仰調(diào)整。

3# 左腿滾動(dòng)電機(jī)：用于左腿的左右滾動(dòng)調(diào)整。

■右臂部分

15# 右手肘電機(jī)：用于右手肘的彎曲和伸直。

19# 左手肘電機(jī)：用于左手肘的彎曲和伸直。

■左腿部分

7# 左腿偏航電機(jī)：用于右腿的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)（偏航）。

5# 左腿膝電機(jī)：用于左腿膝蓋的彎曲和伸直。

10# 左腿踝電機(jī)：用于右腿踝關(guān)節(jié)的調(diào)整。

3# 左腿踝電機(jī)：用于左腿踝關(guān)節(jié)的調(diào)整。（對(duì)應(yīng)右腿的踝部電機(jī)）

■右腿部分

8# 右腿偏航電機(jī)：用于右腿的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)（偏航）。

2# 右腿膝電機(jī)：用于右腿膝蓋的彎曲和伸直。

11# 右腿踝電機(jī)：用于右腿踝關(guān)節(jié)的調(diào)整。

10# 左腿踝電機(jī)：用于左腿踝關(guān)節(jié)的調(diào)整。（對(duì)應(yīng)右腿的踝部電機(jī)）

◆宇樹(shù)機(jī)器人電機(jī)參數(shù)◆

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

髖關(guān)節(jié)電機(jī)扭矩 220Nm，踝關(guān)節(jié) 45Nm，手臂關(guān)節(jié) 75Nm。

H1 人形機(jī)器人 19 個(gè)自由度，行走速度 1.5m/s，潛在運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)，使得電機(jī)在結(jié)構(gòu)上更加輕量化、緊湊化。

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

M107的電機(jī)核心零部件：伺服電機(jī)、減速器、控制器（均為自研自產(chǎn)）

其具體參數(shù)與特斯拉對(duì)比如下圖所示：

根據(jù)圖中給出的參數(shù)，M107電機(jī)相比Tesla-1和Tesla-2電機(jī)有以下優(yōu)勢(shì)：綜上所述，M107電機(jī)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(shì)，適用于需要高精度和高性能的應(yīng)用場(chǎng)景。

◆人形機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)行業(yè)分析◆

下文總結(jié)當(dāng)前所有人形電機(jī)的參數(shù)，進(jìn)行對(duì)比分析，如下所示：

■特斯拉 Optimus 旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器

設(shè)計(jì)方案：電機(jī) + 諧波減速器 + 位置/力矩傳感器 + 離合器

型號(hào)：

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(jī)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(jī)）、非接觸力矩傳感器

特點(diǎn)：剛性 + 離合器的設(shè)計(jì)方案，具備剛性執(zhí)行器簡(jiǎn)單、高精度的特點(diǎn)，動(dòng)力傳動(dòng)平穩(wěn)

■小鵬 PX5 人形機(jī)器人執(zhí)行器

小鵬PX5人形機(jī)器人（來(lái)源：小鵬官網(wǎng)）

設(shè)計(jì)方案：諧波減速器 + 行星減速器

關(guān)節(jié)特點(diǎn)：耐用性和可靠性高，平均無(wú)故障時(shí)間超過(guò)數(shù)千小時(shí)

控制模式：高精度力控模式，觸地感知和越障適應(yīng)能力強(qiáng)

機(jī)械臂：7 自由度，重復(fù)定位精度 0.05mm，單臂最大負(fù)載 3kg，自重 5kg，負(fù)載自重比超 0.6，最大末端線速度 1m/s

■優(yōu)必選旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器

優(yōu)必選Walker S1工業(yè)機(jī)器人（來(lái)源：優(yōu)必選官網(wǎng)）

方案：大型（諧波減速器和行星減速器兩種方案）、中小型

應(yīng)用：Walker、機(jī)械臂、Alpha 系列、Cruzr、Jimu 系列、ADIBOT

大型執(zhí)行器：高密度無(wú)框力矩電機(jī)、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(dǎo)光件顯示驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)、齒輪組動(dòng)力傳輸、電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力、舵盤(pán)連接輸出

■小米 Cyber Gear 執(zhí)行器

小米Cyberone機(jī)器人（來(lái)源：小米官網(wǎng)）

設(shè)計(jì)方案：高性能伺服電機(jī) + 行星減速器 + 驅(qū)動(dòng)器 + 單編絕對(duì)值編碼器

應(yīng)用：Cyber Dog 機(jī)器狗

特點(diǎn)：集成設(shè)計(jì)，優(yōu)化減速器和電磁設(shè)計(jì)自研散熱系統(tǒng)，扭矩密度 37.85Nm/kg，功率密度 511.04W/kg，定轉(zhuǎn)子優(yōu)質(zhì)選材，仿真算法去除 20% 重量冗余，模內(nèi)注塑內(nèi)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(yīng)時(shí)間 20ms

■智元 PowerFlow 關(guān)節(jié)電機(jī)

智元遠(yuǎn)征A1機(jī)器人（來(lái)源：智元官網(wǎng)）

設(shè)計(jì)方案：準(zhǔn)直驅(qū)關(guān)節(jié)方案，包含行星減速器、共軛同軸雙編碼器

應(yīng)用：智元遠(yuǎn)征 A1 具身智能機(jī)器人

特點(diǎn)：低齒槽轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)，10 速比以內(nèi)的高力矩透明度行星減速器，一體液冷循環(huán)散熱系統(tǒng)，自研矢量控制驅(qū)動(dòng)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(jī)器人（來(lái)源：傅利葉官網(wǎng)）

設(shè)計(jì)方案：集成電機(jī) + 驅(qū)動(dòng)器 + 減速器 + 編碼器

應(yīng)用：GR-1 通用人形機(jī)器人

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

■技術(shù)點(diǎn)分析

技術(shù)多樣性：各家公司采用的執(zhí)行器設(shè)計(jì)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(zhǔn)直驅(qū)關(guān)節(jié)方案，體現(xiàn)了技術(shù)在人形機(jī)器人領(lǐng)域的多樣性和創(chuàng)新性。

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

集成化趨勢(shì)：多家公司采用一體化設(shè)計(jì)，將電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、減速器和編碼器集成在一起，以提高系統(tǒng)的緊湊性和可靠性。

自研能力：多數(shù)公司展示了強(qiáng)大的自研能力，不僅在設(shè)計(jì)上有所創(chuàng)新，還在核心零部件上實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)和生產(chǎn)。

高精度控制：許多執(zhí)行器采用了高精度傳感器和先進(jìn)的控制算法，以實(shí)現(xiàn)精確的位置和力矩控制，這對(duì)于人形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

◆總 結(jié)◆

人形機(jī)器人執(zhí)行器的發(fā)展呈現(xiàn)出技術(shù)多樣性、性能優(yōu)化、集成化趨勢(shì)、自研能力強(qiáng)和高精度控制等特點(diǎn)。

特斯拉、小鵬、優(yōu)必選、小米、智元、傅利葉智能和宇樹(shù)等公司都在執(zhí)行器設(shè)計(jì)上取得了顯著進(jìn)展，為人形機(jī)器人的發(fā)展提供了強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了輕量化、高精度控制和一體化設(shè)計(jì)，為人形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能、穩(wěn)定性和可靠性提供了保障。

未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，人形機(jī)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。