人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)尚未完全落地，且行業(yè)普遍認(rèn)為其智能化程度低，但隨著英偉達(dá)Blackwell架構(gòu)GPU的發(fā)布，全球具身智能領(lǐng)域正迎來(lái)革命性躍遷。簡(jiǎn)而言之，人形機(jī)器人的智能化已具備切實(shí)有效的提升路徑，其實(shí)現(xiàn)“類人”智能的目標(biāo)指日可待。然而，關(guān)節(jié)電機(jī)模組性能不足正成為制約人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的核心難題。

當(dāng)前，機(jī)器人關(guān)節(jié)模組主要分為兩類：一類是采用直驅(qū)電機(jī)的結(jié)構(gòu)；另一類是采用電機(jī)與減速機(jī)組合的結(jié)構(gòu)模式。

直驅(qū)電機(jī)結(jié)構(gòu)與電機(jī)+減速機(jī)組合結(jié)構(gòu)

從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，關(guān)節(jié)電機(jī)模組目前不足之處主要體現(xiàn)在自重較大，功率密度小、扭矩密度偏低三個(gè)方面。

關(guān)節(jié)電機(jī)模組單體自重大且需求數(shù)量多，直接導(dǎo)致人形機(jī)器人整機(jī)超重、成本高。以優(yōu)必選Walker S系列為例，其全身41個(gè)自由度對(duì)應(yīng)41個(gè)關(guān)節(jié)模組，這類模組在整機(jī)質(zhì)量占比達(dá)50%~60%，成本占比更是高達(dá)60%~70%。

Walker S工業(yè)版人形機(jī)器人 來(lái)源：優(yōu)必選

規(guī)?；慨a(chǎn)雖能大幅降低成本，例如特斯拉Model S國(guó)產(chǎn)化后75%的降價(jià)幅度，但對(duì)減重收效甚微。自重過(guò)大會(huì)直接導(dǎo)致續(xù)航短板，目前多數(shù)人形機(jī)器人陷入“充電2小時(shí)、工作1小時(shí)”的困境。固態(tài)電池雖為理想動(dòng)力方案，但球磨成型工藝復(fù)雜、一致性差，暫無(wú)法量產(chǎn)；氫氣燃料電池則因鉑催化劑成本高、氫氣儲(chǔ)運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)大，難以普及。

采用高密度、高強(qiáng)度的致密金屬材料，是導(dǎo)致關(guān)節(jié)電機(jī)模組自重大的重要原因之一。關(guān)節(jié)電機(jī)模組本體的制造材料多為高密度、高強(qiáng)度的致密金屬，例如高密度硅鋼片、致密銅線圈及高強(qiáng)度合金鋼等。

直驅(qū)與組合驅(qū)動(dòng)模組剖切圖

國(guó)內(nèi)外已針對(duì)電機(jī)減重設(shè)計(jì)開(kāi)展了大量研究，且在結(jié)構(gòu)緊湊化與效能提升領(lǐng)域積累了豐富的應(yīng)用成果。以軸向磁通電機(jī)為例，其外徑與徑向磁通電機(jī)基本相當(dāng)，軸向長(zhǎng)度卻僅為后者的30%左右；因此，在原材料未發(fā)生重大變更的前提下，其自重通常也可控制在徑向磁通電機(jī)的30%左右，減重效果顯著。

此外，無(wú)框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)等新型結(jié)構(gòu)電機(jī)不斷涌現(xiàn)，尤其是同軸磁齒輪技術(shù)與永磁電機(jī)的集成應(yīng)用，進(jìn)一步研發(fā)出結(jié)構(gòu)緊湊的磁齒輪電機(jī)，為電機(jī)減重與性能優(yōu)化提供了新路徑。小米科技采用了業(yè)內(nèi)稱之為“準(zhǔn)直驅(qū)”的方案，并已在小米人形機(jī)器人“CyberOne”上成功應(yīng)用，這標(biāo)志著電機(jī)減重研究已取得階段性成果。

CyberOne 來(lái)源：小米

人形機(jī)器人需克服自身重力做功，行業(yè)普遍認(rèn)為額定功率密度需不低于2.0kW/kg。但當(dāng)前主流產(chǎn)品性能差距顯著，以行業(yè)先進(jìn)的深圳小象電機(jī)軸向磁通電機(jī)關(guān)節(jié)模組為例，其在人形機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且市場(chǎng)占有率很高，但其最大功率密度僅0.55kW/kg，僅達(dá)目標(biāo)功率密度的27.5%。

關(guān)節(jié)模組功率密度 來(lái)源：小象電機(jī)

人形機(jī)器人目前已能完成部分復(fù)雜動(dòng)作。例如，在2025年春晚上表演扭秧歌的宇樹(shù)機(jī)器人和表演斧頭舞的眾擎機(jī)器人，其流暢的動(dòng)作讓人感覺(jué)產(chǎn)業(yè)化前景可期。然而，實(shí)際場(chǎng)景中，人形機(jī)器人的行動(dòng)能力仍存在明顯短板。究其原因，在于關(guān)節(jié)電機(jī)模組的扭矩密度過(guò)小。這一點(diǎn)在靈巧手上體現(xiàn)得最為明顯，靈巧手作為人形機(jī)器人的核心組件，其最廣泛的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。目前公開(kāi)資料表明，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的靈巧手最大抓取力僅36N，最大負(fù)載不超過(guò)15kg。宣稱可負(fù)重30kg的機(jī)器人，實(shí)際上需要借助外力將重物“掛”于身上，這嚴(yán)重制約了其應(yīng)用場(chǎng)景。

綜上，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的廣闊前景毋庸置疑，但關(guān)節(jié)電機(jī)模組在自重、功率密度與扭矩密度上的短板，仍構(gòu)筑起產(chǎn)業(yè)化落地的核心壁壘。隨著技術(shù)迭代與政策扶持，關(guān)節(jié)電機(jī)模組正逐步突破性能瓶頸，當(dāng)自重、功率密度與扭矩密度達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求，相信人形機(jī)器人將在工業(yè)制造、服務(wù)消費(fèi)等領(lǐng)域大規(guī)模落地，開(kāi)啟全新產(chǎn)業(yè)時(shí)代。

參考來(lái)源：

各企業(yè)官網(wǎng)

姜開(kāi)明.關(guān)節(jié)電機(jī)模組性能——當(dāng)前人形機(jī)器人當(dāng)前人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化最大的難題