馭力之橋減速器絲杠需求倍增的起點

摘要核心觀點：減速器/傳動機構(gòu)是人形機器人關(guān)節(jié)的核心零部件之一。關(guān)于關(guān)節(jié)里的減速器/傳動機構(gòu)，目前市場更多地從自下而上的角度對比分析不同減速器/傳統(tǒng)機構(gòu)的產(chǎn)品性能、競爭格局，但我們自上而下地從人形機器人整體的設(shè)計要求、不同關(guān)節(jié)的設(shè)計目標、減速器/傳動機構(gòu)的選擇邏輯進行分析。我們認為人形機器人關(guān)節(jié)的設(shè)計是重量、慣性、負載、順應(yīng)性和經(jīng)濟性之間的權(quán)衡，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機械設(shè)計更簡單，綜合性能優(yōu)異，在人形機器人關(guān)節(jié)廣泛使用，其中諧波減速體積小，質(zhì)量輕，應(yīng)用最為廣泛；線性關(guān)節(jié)可通過結(jié)構(gòu)形成閉合運動鏈，增加結(jié)構(gòu)剛度，提高機器人質(zhì)心高度，減小腿部末端慣性，提升動態(tài)運動性能。減速器是關(guān)節(jié)的核心部件，性能各有千秋，最終選擇是傳動效率、減速比、反驅(qū)力等各類指標的權(quán)衡。（1）諧波減速器：體積小、質(zhì)量輕、傳動比大，具備高性能，在輕負載領(lǐng)域具備優(yōu)勢；（2）RV減速器：兩級減速結(jié)構(gòu)組合，承載強、剛度大，在重負載領(lǐng)域具備相對優(yōu)勢；（3）行星減速器：行星減速器級數(shù)、傳動比與機械效率成反比，通常使用多級行星減速器；（4）擺線針輪減速器：具備傳動比大、傳動效率高、體積小的優(yōu)勢。在需要改變運動方向的關(guān)節(jié)里，常用滾珠/滾柱絲杠、蝸輪蝸桿等傳動機構(gòu)。（1）滾珠絲杠：將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動最常見的傳動機構(gòu)之一，傳動效率較高；（2）行星滾柱絲杠：以螺紋滾柱代替滾珠的精密傳動機構(gòu)，承載能力強、剛度大，在直線機構(gòu)中具備高性能優(yōu)勢；

（3）蝸輪蝸桿：傳動比大、具備自鎖性的運動控制部件?；仡櫲诵螜C器人發(fā)展史，諧波減速器最為常用，線性關(guān)節(jié)采用行星滾柱絲杠/滾珠絲杠，靈巧手可用行星減速器。本田ASIMO機器人、優(yōu)必選Walker系列人形機器人采用諧波減速器，達闥人形機器人柔性關(guān)節(jié)采用行星減速器。LOLA膝蓋、腳踝關(guān)節(jié)采用滾珠絲杠/行星滾柱絲杠改善腿部慣性。Tesla

bot旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用諧波減速器，線性關(guān)節(jié)采用行星滾柱絲杠，靈巧手采用多級行星減速器。減速器/傳動機構(gòu)是人形機器人關(guān)節(jié)里的核心部件，關(guān)注不同減速器方案關(guān)節(jié)的技術(shù)進展、各公司人形機器人性能提升、應(yīng)用場景落地帶來的邊際變化。（1）諧波減速器：建議關(guān)注優(yōu)必選Walker的性能提升及應(yīng)用場景落地；（2）滾珠/行星滾柱絲杠：建議關(guān)注LOLA、北理工“匯童”、特斯拉Optimus技術(shù)方案更新及性能實現(xiàn)；（3）行星減速器：建議關(guān)注達闥首發(fā)雙足機器人的發(fā)布進度、性能實現(xiàn)、場景拓展。2產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)標的：3資料來源：

wind，中信建投，注：所有公司利潤均采用Wind一致預(yù)期，僅為行業(yè)內(nèi)相關(guān)公司列示，不涉及具體投資建議國內(nèi)公司市值2023年歸母凈利潤2023PE博實股份170.266.9424.54鳴志電器301.612.65113.7江蘇雷利103.133.4929.53偉創(chuàng)電氣60.822.0729.35步科股份61.381.155.88昊志機電60.57--三花智控1111.6331.836.1拓普集團851.6623.5937綠的諧波206.982.1994.7雙環(huán)傳動299.717.9937.49中大力德55.780.8169.29豐立智能64.310.7783.52中大力德55.780.8169.29精鍛科技（布局機器人領(lǐng)域）71.112.9224.38鼎智科技41.681.2732.84貝斯特83.812.6531.58力傳感器ATI柯力傳感91.023.3227.46IMUInvenSense、Bosch華依科技40.497.751.136.59蘇州固锝2.1146.26隨著人形機器人地量產(chǎn)，減速器/傳動機構(gòu)市場空間迎來極大提升，關(guān)注旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線性關(guān)節(jié)的技術(shù)進展及Tesla量產(chǎn)進度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：幾乎電驅(qū)型人形機器人都會用到旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，常用減速器包括諧波減速器、行星減速器，我們認為諧波減速器、行星減速器使用數(shù)量空間最大，建議關(guān)注：綠的諧波、雙環(huán)傳動、中大力德、豐立智能，精鍛科技；線性關(guān)節(jié)：目前線性關(guān)節(jié)在人形機器人上使用較少，Tesla人形機器人在手臂、腿部均有應(yīng)用，傳動機構(gòu)通常采用滾珠絲杠、行星滾柱絲杠，人形機器人的量產(chǎn)將打開滾珠/滾柱絲杠新空間，建議關(guān)注：鼎智科技，貝斯特；圖、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)鏈公司與盈利預(yù)測情況（基于2023年9月1日市場數(shù)據(jù)，單位：億元，倍）產(chǎn)品類型 國外公司人形機器人本體 Agility

、波士頓動力等空心杯電機 Maxon、FAULHABER無框電機Kollmorgen旋轉(zhuǎn)/直線執(zhí)行器Agility

Robotics等人形機器人公司諧波減速器哈默納科、Shimpo行星減速器Bupermann、Stober絲杠GSA、Schaeffler減速器/傳動機構(gòu)多種多樣減速器是機器人得核心部件之一，降低轉(zhuǎn)速提升扭矩減速器是連接動力源和執(zhí)行機構(gòu)的中間機構(gòu)，用于降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩。絕大部分電機負載大，轉(zhuǎn)速高，不適宜用原動機直接驅(qū)動的工業(yè)場景。而減速器能夠?qū)㈦妱訖C、內(nèi)燃機或其他高速運轉(zhuǎn)的動力通過輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的。按照控制精度劃分，減速器可分為一般傳動減速器和精密減速器，常見的精密減速器包括RV減速器、諧波減速器、行星減速器等，

被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、機器人等精密制造領(lǐng)域。圖、減速器配合電機起到降低轉(zhuǎn)速增大扭矩圖、減速器在原動機和工作機之間起著匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩的作用資料來源：《機器人用精密減速器類型及精度研究進展》電源電機減速器負載高轉(zhuǎn)速輸入低轉(zhuǎn)速輸出資料來源：國茂股份招股書，中信建投5減速器是人形機器人核心部件之一，主要用于降低轉(zhuǎn)速提升扭矩資料來源：《減速器的分類創(chuàng)新研究》減速器種類多種多樣，性能各具千秋，適用于不同場景。各類減速器在原理、技術(shù)成熟度、減速結(jié)構(gòu)方面存在差異，適用于機器人不同部件。當前在人形機器人領(lǐng)域主要的減速器/傳動機構(gòu)有諧波減速器、行星滾柱絲杠、多級行星減速器、蝸輪蝸桿等。圖、減速器種類多樣，性能各具千秋減速原理 舉例6技術(shù)成熟度/市場細分優(yōu)缺點一般齒比減速少齒差減速三齒輪減速諧波減速圓柱齒輪減速擺線針輪減速器三環(huán)減速器二環(huán)減速器行星減速器諧波減速器傳統(tǒng)/成熟/占據(jù)主要市場很成熟/中比范圍占據(jù)主要市場正在試推廣階段/市場份額很小技術(shù)不成熟/試向市場推廣技術(shù)較成熟技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)尚需完善/占據(jù)高端市場減速比不大，體積較大制造工藝復(fù)雜，制造精度要求高沖擊噪聲大，安裝調(diào)整要求高結(jié)構(gòu)簡單、速比范圍寬，傳遞功率不能太大減速零件多，徑向尺寸大結(jié)構(gòu)緊湊，速比范圍大，工藝復(fù)雜，成本高斜面減速螺旋作動器研究階段/待推向市場結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高，不適用于全轉(zhuǎn)動活齒減速工質(zhì)變性活齒減速器磁觸變無級變速器尚存在關(guān)鍵技術(shù)問題待突破/市場上尚無研究階段/市場尚無結(jié)構(gòu)緊湊，減速輸出機構(gòu)集成，易發(fā)熱振動小、噪聲低、無級變速諧波減速器：體積小、質(zhì)量輕、傳動比大，具備高性能結(jié)構(gòu)與工作原理：諧波減速器是由帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪）、帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪）、波發(fā)生器三個基本構(gòu)件組成的精密減速器。諧波減速器通過柔輪變形產(chǎn)生的周期性波動來實現(xiàn)剛輪輪齒與柔輪輪齒之間的少齒差內(nèi)嚙合，從而完成運動與動力的傳遞，由于內(nèi)外齒數(shù)相差很少，因此容易獲得大傳動比。諧波減速器特點：諧波減速器體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單，且其傳動比大而范圍寬，承載能力強，齒側(cè)間隙可調(diào)，可以實現(xiàn)零回差，同軸性好，傳動平穩(wěn)且效率高，噪聲小，并且能在密閉空間、介質(zhì)輻射的工況下正常工作，具有較高性能。圖、諧波減速器由鋼輪、柔輪、波發(fā)生器構(gòu)成 圖、諧波減速器通過柔輪變形產(chǎn)生的周期性波動完成傳動資料來源：綠的諧波招股說明書，《諧波齒輪傳動概述》7RV減速器：兩級減速結(jié)構(gòu)組合，承載強、剛度大結(jié)構(gòu)與工作原理：RV減速器的結(jié)構(gòu)是由兩級減速結(jié)構(gòu)組合而成的，第一級是行星齒輪減速器機構(gòu)，第二級是擺線針輪減速器機構(gòu)，擺線輪和針齒相互嚙合，共同控制著減速器的速度。RV減速器特點：RV減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、震動小、能耗低、兩級減速、圓盤穩(wěn)定性較強的特點。比起單純的擺線針輪行星傳動，其體積較小，而且過載能力強，輸出軸的剛性大。圖、RV減速器由行星齒輪減速器的前級和擺線針輪減速器的后級組成。 圖、RV減速器分為兩級減速，總減速比為兩級減速比乘積曲柄軸截面圖正齒輪變速-第一級減速資料來源：Nabtesco官網(wǎng)，中信建投8差動齒輪變速-第二級減速RV減速器諧波減速器主流技術(shù)指標背向間隙≤60arcsec≤20arcsec傳動效率>80%>75%溫升≤45℃≤40℃噪聲≤70db≤60db減速比30-192.430-160額定轉(zhuǎn)矩下使用壽命>6,000h>8,000h額定輸出轉(zhuǎn)矩101-6,135N

m6.6-921N

m扭轉(zhuǎn)剛性20-1,176Nm/arc

min1.34-54.09Nm/arc

min產(chǎn)品性能缺點應(yīng)用場景終端領(lǐng)域價格區(qū)間大體積、高負載能力、高剛度體積較大，精度略低于諧波減速器一般應(yīng)用于多關(guān)節(jié)機器人中機座、大臂、肩部等重負載的位置汽車、運輸、港口碼頭等行業(yè)中通常使用配有RV減速器的重負載機器人。5,000-8,000元/臺小體積、低負載能力、高精密度、耐沖擊柔輪壽命有限，輸入轉(zhuǎn)速不宜過高主要應(yīng)用于機器人小臂、腕部或手部。3C、半導(dǎo)體、食品、注塑、模具、醫(yī)療等行業(yè)中通常使用由諧波減速器組成的30kg負載以下的機器人。1,000-5,000元/臺諧波減速器與RV減速器：在輕負載和重負載領(lǐng)域各具優(yōu)勢在輕負載精密減速器領(lǐng)域內(nèi)，諧波減速器因體積小、傳動比高、精密度高等特點在輕負載精密減速器領(lǐng)域具備優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬；RV減速器具有大體積、高負載能力和高剛度特性的特點，適用于重負載精密減速器領(lǐng)域。圖、諧波減速器在輕負載領(lǐng)域具備優(yōu)勢，RV減速器適用于重負載領(lǐng)域資料來源：綠的諧波公司公告，中信建投9滾珠絲杠：能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，傳動效率較高結(jié)構(gòu)：滾珠絲杠（副）是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件。當滾珠絲杠作為主動體時，螺母會按照絲杠的旋轉(zhuǎn)角度跟隨相應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化為直線運動，通過螺母座與螺母連接被動工件，實現(xiàn)相應(yīng)的直線運動。特點：滾珠絲杠傳動系統(tǒng)具有傳動效率較高、承載能力較強，壽命較長，剛度較大等特點，且摩擦小、可靠性高、效率高，安裝簡單，是常用的直線傳動機構(gòu)

。圖、滾珠絲杠傳動系統(tǒng)機構(gòu)包含絲杠、螺母、滾珠等零件 圖、滾珠絲杠傳動系統(tǒng)傳動效率較高、承載能力較強資料來源：《基于全閉環(huán)控制技術(shù)的滾珠絲杠伺服系統(tǒng)研究》，銀泰科技官網(wǎng)，中信建投10行星滾柱絲杠：以螺紋滾柱代替滾珠的精密傳動機構(gòu)行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)：行星滾柱絲杠主要由絲杠、滾柱、螺母和內(nèi)齒圈等部件組成，是一種以螺紋滾柱代替滾珠的精密傳動機構(gòu)。運動原理：絲杠繞自身軸線為旋轉(zhuǎn)，螺母軸向移動，滾柱繞絲杠軸線公轉(zhuǎn)，繞自身軸線自轉(zhuǎn)，同時隨螺母軸向平動。建立慣性坐標系σ[O;x,y,z]，與絲杠固連的動坐標系σs[Os;xs,ys,zs],與滾柱固連的動坐標系σr[Or;xr,yr,zr]。行星滾柱絲杠各螺紋組件端截面運動關(guān)系示意圖，如圖3所示.絲杠繞zs軸逆時針自轉(zhuǎn)角度Θs，滾柱繞zs軸逆時針公轉(zhuǎn)角度Θr，繞zr軸順時針自轉(zhuǎn)角度Θr，滾柱和螺母沿z軸移動L。絲杠與滾柱在機構(gòu)初始位置時螺紋接觸點為P0點,經(jīng)過上述運動，絲杠與滾柱在P點接觸。圖、行星滾柱絲杠由絲杠、滾柱、螺母和內(nèi)齒圈等部件組成 圖、滾柱繞絲杠軸線公轉(zhuǎn)，繞自身軸線自轉(zhuǎn)資料來源：《行星滾柱絲杠承載與摩擦特性研究》，《行星滾柱絲杠動態(tài)摩擦力矩和傳動效率分析》,中信建投11行星滾柱絲杠：分類方式多樣，細分種類多類型標準式行星滾柱絲杠反向式行星滾柱絲杠循環(huán)式行星滾柱絲杠差動式行星滾柱絲杠軸承式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)絲杠、螺母為三角形多頭螺紋，滾柱為具有一定螺旋升角的球形單頭螺紋，兩端有直齒。無內(nèi)齒圈，絲杠兩端加工有直齒與滾柱兩端的齒輪嚙合，且螺母比標準式長。無內(nèi)齒圈，加凸輪環(huán)結(jié)構(gòu)。滾柱無螺紋、齒輪結(jié)構(gòu)，為環(huán)槽狀，間距與絲杠、螺母螺紋匹配。無內(nèi)齒圈、齒輪段。滾柱、螺母均為環(huán)槽結(jié)構(gòu)。滾柱環(huán)槽分多段。滾柱為環(huán)槽結(jié)構(gòu)，螺母無內(nèi)齒圈，增加殼體、端蓋及推力圓柱滾子軸承等部件。優(yōu)點能夠?qū)崿F(xiàn)較大行程，適用于環(huán)境惡劣、高負載、高速等場合可將其螺母作為電機轉(zhuǎn)子形成結(jié)構(gòu)緊湊的一體式機電作動器C-EMA。增加了參與嚙合的螺紋數(shù)量，因此具有較高的剛度和較大的承載能力。結(jié)構(gòu)特點使其可以獲得更小的導(dǎo)程推力圓柱滾子軸承大幅提高其承載能力，同時也減小各構(gòu)件間的磨損增大傳動效率。缺點-行程受到螺母內(nèi)螺紋長度的限制。凸輪環(huán)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生振動沖擊，存在噪音問題。螺紋可能滑動，重載情況下容易產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致精度喪失，可靠性降低。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，徑向尺寸大，制造成本高。應(yīng)用場景精密機床、機器人、軍工裝備等，目前應(yīng)用最廣泛的類型。中小負載、小行程和高速的場景，C-EMA可用于航空、航天船舶、電力等。高剛度、高承載、高精度的場合，如醫(yī)療器械、光學(xué)精密儀器等領(lǐng)域。傳動比較大，承載能力較高的場合高承載、高效率等場合，如石油化工、重型機械等。示意圖行星滾柱絲杠具備多種分類方式，應(yīng)用于不同場景。（1）按安裝條件：可分為圓柱螺母型和法蘭螺母型；（2）按螺母的結(jié)構(gòu)形式：

可分為單螺母型、預(yù)緊螺母型及雙螺母型；（3）按結(jié)構(gòu)組成及運動關(guān)系：可分為標準式行星滾柱絲杠、反向式行星滾柱絲杠、循環(huán)式行星滾柱絲杠、差動式行星滾柱絲杠、軸承式行星滾柱絲杠這5類，不同類型可應(yīng)用于不同場景。圖、行星滾柱絲杠按結(jié)構(gòu)組成及運動關(guān)系可細分為5類，應(yīng)用于不同場景資料來源：《行星滾柱絲杠傳動精度分析與設(shè)計》12直線電機系統(tǒng)氣動伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)齒輪齒條系統(tǒng)滾珠絲杠系統(tǒng)行星滾柱絲杠系統(tǒng)承載能力低高很高高高很高壽命較長較長較長較長較長很長速度較快很快中等較快中等很快有無泄露無有有有無無位置可控性容易很困難困難容易容易容易抗沖擊性高高很高高很高很高機械剛度中等低高高中等較高相對體積小大大大中等小摩擦小中等小小小小效率—中等中等很高很高較高安裝簡單復(fù)雜復(fù)雜簡單簡單簡單資料來源：《行星滾柱絲杠承載與摩擦特性研究》13行星滾柱絲杠：承載能力強、剛度大，在直線機構(gòu)中具備高性能優(yōu)勢在直線機構(gòu)中，行星滾柱絲杠具備高性能優(yōu)勢。目前典型的直線機構(gòu)包括齒輪齒條、直線電機、氣動缸、液壓缸、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠。其中，行星滾柱絲杠具備承載能力強、壽命長、速度快、剛度大、抗沖擊性的特點，且體積小、安裝簡單、位置可控性高、無泄漏，綜合性能優(yōu)勢明顯。圖、不同直線機構(gòu)中，行星滾柱絲杠具備高性能優(yōu)勢蝸輪蝸桿：傳動比大、具備自鎖性的運動控制部件結(jié)構(gòu)與工作原理：蝸輪由蝸桿和齒輪構(gòu)成，蝸桿類似于帶V型螺紋的螺釘，齒輪類似于正齒輪。蝸桿通常是驅(qū)動部件，蝸桿的螺紋使齒輪的齒前進。蝸輪蝸桿是重要的運動控制部件，可以降低轉(zhuǎn)速或增加扭矩輸出。蝸輪蝸桿特點：（1）傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；（2）兩輪嚙合齒面間為線接觸，承載能力大于交錯軸斜齒輪機構(gòu)；（3）傳動平穩(wěn)、噪音很?。唬?）具有自鎖性，當蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿，具有安全保護作用；（5）缺點：傳動效率低、磨損較嚴重。圖、蝸輪由蝸桿和齒輪構(gòu)成，蝸輪蝸桿是重要的運動控制部件 圖、蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)緊湊，具備自鎖性資料來源：《一種消隙的回轉(zhuǎn)式減速器結(jié)構(gòu)》，尚為傳動官網(wǎng)，中信建投14圓柱蝸桿傳動阿基米德蝸桿漸開線蝸桿常用于轉(zhuǎn)速較高和較精密的傳動法向直廓蝸桿為直線。常用于多頭精密蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐面包絡(luò)蝸桿-非線性螺旋曲面蝸桿-錐蝸桿傳動--垂直于蝸桿軸線的平面，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓為直線蝸桿齒面為漸開螺旋面，端面齒廓為漸開線。這種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開線，法面齒廓

效率高、承載能力高、傳動比范圍大、體積小、

質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊傳動平穩(wěn)，齒面利于潤滑油膜的形成；傳動效率高；承載能力高同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比大，傳動比可達

10～400；接觸線和相對滑動速度之間的夾角接近90°，齒面間易形成潤滑油膜，承載能力和效率高蝸輪蝸桿：蝸桿傳動可劃分為3類，均承載能力強、效率高圖、蝸桿傳動可劃分為3種類型，均具有承載能力強、效率高的特點蝸桿傳動類型 明細分類 結(jié)構(gòu) 特點資料來源：《蝸輪蝸桿減速機常見故障原因與處理方法》15蝸桿傳動可分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動三種類型，均承載能力強、效率高。其中，圓柱蝸桿傳動具備高效率、高承載、大傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可細分為阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿四種類型。蝸輪蝸桿：可用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，蝸桿為主動輪，蝸輪為從動輪蝸輪蝸桿可用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。純電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)

依靠汽車提供電能驅(qū)動電動馬達，并通常采用蝸輪蝸桿減速裝置將電動馬達高轉(zhuǎn)速、低扭矩特性轉(zhuǎn)化為高扭矩、低轉(zhuǎn)速的扭矩輸出，給車輪提供轉(zhuǎn)向所需的推動力。對于管柱助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電機通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，通過蝸輪蝸桿減速增扭機構(gòu)將電機扭矩作用在管柱輸出軸上，輸出扭矩最終作用于轉(zhuǎn)向柱。蝸桿、蝸輪分別為主動輪與從動輪。其中蝸桿為主動輪連接電機，具有高轉(zhuǎn)速、低扭矩、零件小巧的特性，而蝸輪作為從動輪連接轉(zhuǎn)動車輪的轉(zhuǎn)向器，具有低轉(zhuǎn)速、高扭矩、零件大的特性。圖、蝸輪蝸桿可用于純電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS) 圖、蝸輪蝸桿可用于一種轉(zhuǎn)向管柱蝸輪蝸桿減速機構(gòu)間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)資料來源：專利網(wǎng)，中信建投16行星減速器：行星輪自轉(zhuǎn)+繞中心輪公轉(zhuǎn)，常采用多級傳動結(jié)構(gòu)與工作原理：行星減速器通常由中心輪、行星輪、行星架和機架組成。中心輪又稱太陽輪，軸線固定，定軸轉(zhuǎn)動。行星架軸線固定，一端定軸轉(zhuǎn)動，另一端連接行星輪，是行星輪的軸線。行星輪的運動比較復(fù)雜，行星輪繞著自己的軸線“自轉(zhuǎn)”，同時，它的軸線繞著中心輪的軸線“公轉(zhuǎn)”。微型行星減速器通常采用多級傳動：為了減小體積和質(zhì)量，微型行星減速器采用內(nèi)嚙合行星齒輪傳動，通常采用多級傳動，單級行星輪的數(shù)目一般是２～４個。圖、行星減速器通常由中心輪、行星輪、行星架和機架組成 圖、行星減速器多采用多級傳動資料來源：

《高功率密度行星減速器設(shè)計的關(guān)鍵核心技術(shù)綜述》

，中大力德官網(wǎng)，中信建投17行星減速器：常用多級行星減速器，具備傳動比大、承載大優(yōu)勢行星減速器級數(shù)、傳動比與機械效率成反比，通常使用多級行星減速器。行星減速器級數(shù)越多，傳動比越大，功率損失越多，機械效率越低。多級行星減速器的總傳動為每一級傳動比相乘。在實際應(yīng)用中，特別是在機器人、智能設(shè)備中，需要行星減速器尺寸小、傳動比范圍大，通常采用多級行星減速器，如二級減速器、三級減速器和四級減速器等。雙聯(lián)行星減速器相比RV減速器具備傳動比大、承載大的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。雙聯(lián)行星減速器的驅(qū)動功率是RV減速器的12倍，負載功率約為RV減速器的4倍，在結(jié)構(gòu)上具備傳動比大、承載大的優(yōu)勢。圖、行星減速器傳動比與機械效率成反比 圖、雙聯(lián)行星減速器的驅(qū)動功率與負載功率均高于

RV

減速器行星減速器級數(shù)微型行星減速器傳動比范圍某廠家機械效率測試速度傳動比機械效率（％）一級1：4-1：2010.692-95二級1：12-1：9624.481-85三級1：42-1：38473.673-77四級1：126-1：153631061-66資料來源：

《行星減速器機械效率影響因素分析》，《雙聯(lián)行星減速器與RV減速器性能測試對比分析》18擺線針輪減速器：行星式傳動原理+擺線針齒嚙合的傳動裝置擺線針輪減速器屬于采用少齒差行星式傳動原理及擺線針齒嚙合的減速器，其輸入部分由輸入軸和偏心套組成，偏心套由兩個互成

180°的偏心部分組成，并用鍵與主動軸相聯(lián)。減速部分由擺線輪和針輪組成，兩個奇數(shù)擺線輪錯位

180°安裝在偏心套上，與針齒嚙合傳動實現(xiàn)減速。輸出部分由輸出軸和柱銷組成。擺線針輪行星傳動時，輸入軸旋轉(zhuǎn)通過偏心軸帶動擺線輪旋轉(zhuǎn)，由于偏心軸上的擺線輪與針齒嚙合限制，擺線輪旋轉(zhuǎn)時既繞自身軸線自轉(zhuǎn)，又繞輸入軸軸線公轉(zhuǎn)，借助輸出機構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)動通過銷軸傳遞給輸出軸

，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。圖、擺線針輪減速器采用少齒差行星式傳動原理及擺線針齒嚙合實現(xiàn)減速 圖、擺線針輪減速器由偏心套、擺線輪、針齒等構(gòu)成輸入軸擺線輪輸出軸針齒偏心套資料來源：國茂股份官網(wǎng)，中信建投資料來源：國茂股份官網(wǎng)，中信建投19擺線針輪減速器：具備傳動比大、傳動效率高、體積小的優(yōu)勢擺線針輪減速器具有傳動比大、傳動效率高、體積小重量輕、噪音低的特點。（1）傳動比大：一級減速時傳動比是1:7~87，二級為1：121~7569，多級組合可達數(shù)萬；（2）傳動效率高：采用針齒嚙合系套式滾動摩擦，故一級減速效率可達94%；（3）體積小、重量輕：采用行星傳動原理，輸入軸和輸出軸在同一軸線上，與同功率的兩級圓柱齒輪減速器相比，體積可減少2/3以上，重量減輕1/3以上；（4）噪音低：擺針齒的嚙合齒數(shù)較多，重疊的系數(shù)大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低。應(yīng)用廣泛：擺線針輪減速器多應(yīng)用于紡織印染、輕工食品、冶金礦山、石油化工、起重運輸及工程機械領(lǐng)域。圖、兩款擺線針輪減速器均具有傳動比大的特點資料來源：廷蓬傳動官網(wǎng)，中信建投20WB微型擺線減速機X/B擺線針輪減速機功率0.04-3kW0.37-55kW扭矩25-250N

m150-20000N

m傳動比單級9-87，雙級121-1849單級9-87，雙級121-7569，三級2057-658503減速比一級9-87，二級99-5133-平均效率一級90%，二級88%-安裝型式和輸出方式底座式、法蘭式、實心軸輸出-輸入方式直聯(lián)電機、實心軸、法蘭式輸入-裝配方式臥式、立式、雙軸型和直聯(lián)型應(yīng)用領(lǐng)域冶金、礦山、建筑、化工、紡織、輕工業(yè)等行業(yè)關(guān)節(jié)選型：旋轉(zhuǎn)、線性關(guān)節(jié)如何選擇？人形機器人以輕量化、剛度高，低轉(zhuǎn)動慣量為設(shè)計原則在人形機器人設(shè)計過程中，通常需要遵循以下原則：（1）輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過結(jié)合多種功能和部件的高度集成實現(xiàn)成本節(jié)??；（2）剛度足夠高，連桿和接頭的剛度不足將對定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性、靜態(tài)和動態(tài)疲勞強度產(chǎn)生不良影響；（3）盡可能降低結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量。圖、人形機器人設(shè)計通過基礎(chǔ)設(shè)計、大量仿真、算法控制來實現(xiàn)資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投22人形機器人動態(tài)性能指標種類多樣人形機器人在設(shè)計過程中，需要通過關(guān)節(jié)（電機、減速器）與仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)合控制算法，旨在使得人形機器人具備較好的平衡控制性能、高動態(tài)運動性能和魯棒性。為了提高機器人的動態(tài)性能，在設(shè)計時，需要一種剛性結(jié)構(gòu)和質(zhì)量慣性特性的最優(yōu)分布。通常評估機器人動態(tài)性能指標有：（1）移動性（運動鏈的拓撲結(jié)構(gòu)，手臂和腿部運動域）；（2）敏捷性（速度、加速度能力）；（3）力控制、感知能力；（4）執(zhí)行器限制（關(guān)節(jié)扭矩限制）；（5）機械特性（結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量等）；（6）準確性。圖、人形機器人高運動性能的三個基本設(shè)計目標包含：有效剛度高、機器人質(zhì)心最大高度、腿部連桿低慣性設(shè)計資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投23人形機器人通過三大設(shè)計目標，使其具備高動態(tài)性能定義資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投24截面剛度，剛度越高,物體表現(xiàn)的越“硬”。

垂直距離,它的計算方法常常要考慮機器人各個部件的質(zhì)量分布、形狀和尺寸為了提高機器人的動態(tài)性能，人形機器人下半身的設(shè)計目標有：（1）有效剛度高；（2）機器人整體質(zhì)心高度盡可能大；（3）腿部低慣性設(shè)計；圖、基于三大基本設(shè)計目標有效剛度高、機器人質(zhì)心最大高度、腿部連桿低慣性設(shè)計，提升動態(tài)性能高剛度設(shè)計 總體質(zhì)心高度設(shè)計 腿部低慣性設(shè)計質(zhì)心：質(zhì)量中心簡稱質(zhì)心，指物質(zhì)系統(tǒng)上被認為質(zhì)量集中于此的一個假想點。

轉(zhuǎn)動慣量：剛體繞軸轉(zhuǎn)動時慣性的剛度：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形的能力，包括構(gòu)件剛度和

質(zhì)心高度：指機器人整體重心與地面的

量度，轉(zhuǎn)動慣量與旋轉(zhuǎn)軸的選取和剛體本身質(zhì)量分布有關(guān)。影響性能

等因素 1、機器人質(zhì)心高度是影響機器人運動穩(wěn)定性和能力的重要因素之一。 1、直接影響機器人總體質(zhì)心高度2、機器人的運動控制過程中，通過對

2、腿部的整體慣性設(shè)計要求1、機械結(jié)構(gòu)需要具備足夠的剛度，保證機器人的精度和可靠性。2、機器人機構(gòu)的靜態(tài)剛度直接影響其定位精度、穩(wěn)定性與承載能力。1、彎曲和扭轉(zhuǎn)時連桿結(jié)構(gòu)具備高剛度2、大腿連桿具備高剛度，小腿連桿應(yīng)設(shè)計得非常輕3、具有高截面慣性矩的薄壁橫截面，減少相關(guān)的重力和慣性載荷4、髖關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度高，其次是膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)5、無背隙的連桿式關(guān)節(jié)，最好是具有可調(diào)整間隙6、非常輕的腳部設(shè)計實現(xiàn)類似人的質(zhì)量分布節(jié)質(zhì)心高度的控制，可以實現(xiàn)機器人的平

3、機器人高動態(tài)性能和平衡控制穩(wěn)運動、高速移動、復(fù)雜姿態(tài)控制等。1、設(shè)計高扭矩和速度帶寬的伺服執(zhí)1、通過將質(zhì)量集中在機器人的上部來

行器，選擇高性能執(zhí)行器2、各個連桿的慣性應(yīng)從基部到末端2、

機器人的總體質(zhì)心盡可能靠近髖關(guān)

連桿逐漸減小3、盡可能將較重的部件定位在靠近單個連桿的鉸接接頭處，而且靠近髖關(guān)節(jié)人形機器人每個關(guān)節(jié)性能、設(shè)計要求各不相同應(yīng)用場景資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投25人形機器人每個關(guān)節(jié)的性能、設(shè)計要求差異各有不同。人形機器人每個關(guān)節(jié)的應(yīng)用場景、負載要求、設(shè)計方法都有所區(qū)別，類似于人的不同關(guān)節(jié)需要實現(xiàn)的功能也有所不同。其中，人形機器人的雙足設(shè)計直接影響其行走、跑步等運動性能。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)是機器人負載最高的關(guān)節(jié)。從整體關(guān)節(jié)的負載來看，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的負載要求要求最高，腳步關(guān)節(jié)對質(zhì)量和對地面抓地力要求更高。圖、人形機器人每個關(guān)節(jié)性能、設(shè)計要求各不相同，應(yīng)根據(jù)具體要求分別設(shè)計腳 腿部關(guān)節(jié) 髖關(guān)節(jié)1、靜態(tài)時，機器人通過足底接觸地1、膝關(guān)節(jié)：腿部運動鏈中第二個高負載關(guān)

1、高負載，機器人負載最高的關(guān)節(jié)之一面完成支撐 節(jié)，需要具備高性能，低慣性 2、高剛度，可以最大限度減少腿部端點2、動態(tài)行走時，機器人足底頻繁與2、踝關(guān)節(jié)：需要考慮減震和重量支撐，精

的擺動地面接觸，完成運動任務(wù) 確控制力矩，具備良好摩擦性能 3、需要將驅(qū)動器集成在狹小空間內(nèi)1、質(zhì)量小2、能補償小的地面不平備好的抗沖擊性4、提供不同的地面抓地力1、高剛度2、質(zhì)心高度盡可能高設(shè)計要求 3、具備好的阻尼特性，剛接觸時具3、輕質(zhì)量設(shè)計4、低慣性1、采用懸臂式結(jié)構(gòu)可利于避免干涉2、通常串行驅(qū)動是髖關(guān)節(jié)首選人形機器人的關(guān)節(jié)設(shè)計是各方面因素的權(quán)衡人形機器人關(guān)節(jié)設(shè)計是重量、慣性、負載、順應(yīng)性和經(jīng)濟性之間的權(quán)衡。在關(guān)節(jié)必須覆蓋較大的速度范圍和具備高過載能力，負載越大，往往重量相應(yīng)增大。但從輕量化的設(shè)計角度來看，關(guān)節(jié)重量應(yīng)越輕越好?；谡w設(shè)計要求，最終關(guān)節(jié)的設(shè)計是重量、慣性、負載等多方面因素之間的權(quán)衡。目前電機驅(qū)動的人形機器人關(guān)節(jié)大部分采用電機+減速齒輪的組合，根據(jù)運動方向的不同，包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和線性關(guān)節(jié)。圖、人形機器人LOLA髖關(guān)節(jié)采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)采用線性關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)線性關(guān)節(jié)資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投26旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和線性關(guān)節(jié)各具優(yōu)勢，按性能需要進行選擇旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線性關(guān)節(jié)各具優(yōu)勢，在人形機器人設(shè)計中，通常按照核心性能要求進行選擇。在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)里，由電機+諧波減速器構(gòu)成最為普遍，應(yīng)用最為廣泛，其機械機構(gòu)設(shè)計相對簡單，諧波減速器產(chǎn)品性能成熟；在線性關(guān)節(jié)里，通常由滾珠/滾柱絲杠構(gòu)成，應(yīng)用相對較少，通過驅(qū)動器與關(guān)節(jié)空間分離，使得腿部慣性小，動態(tài)性能高。圖、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，線性關(guān)節(jié)剛度更高，產(chǎn)生慣性更小旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 線性關(guān)節(jié)資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投27原理軸的諧波驅(qū)動齒輪將電機連接到機器人連桿單自由度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的驅(qū)動原理是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，其中與關(guān)節(jié)軸同

通過傳動機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化線性運動傳動機構(gòu)諧波減速器、行星減速器等滾珠絲杠、行星滾柱絲杠等優(yōu)點

1、開放式運動鏈1、線性執(zhí)行性、腿部連桿、線性驅(qū)動器形成閉合運動鏈，結(jié)構(gòu)剛度增加閉合運動鏈，增加結(jié)構(gòu)剛度2、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，所有驅(qū)動器可具有相同的設(shè)計2、驅(qū)動器與關(guān)節(jié)在空間上實現(xiàn)分離，可以減少其產(chǎn)生的慣性缺點1、如果電機和關(guān)節(jié)同軸，整體質(zhì)量分布不利1、該機構(gòu)非線性，關(guān)節(jié)控制難度更高2、結(jié)構(gòu)、傳動部件的靜態(tài)、動態(tài)剛度不足，系統(tǒng)動態(tài)性能受到限制，最壞情況導(dǎo)致機器人不穩(wěn)定2、四連桿設(shè)計，制造更復(fù)雜，多個軸承可能產(chǎn)生間隙傳動機構(gòu)對比：滾珠/行星滾柱絲杠承載能力更高行星滾柱絲杠承載能力、傳動效率、反向驅(qū)動效率更高，沖擊載荷耐受性更好，諧波減速器具備出色的定位精度、重復(fù)性、高扭矩能力，扭矩重量比。諧波減速器在的摩擦行為很復(fù)雜，取決于制造和裝配公差等因素，對工藝要求較高；滾珠/滾柱絲杠為滾動摩擦，行星滾柱絲杠對沖擊載荷的魯棒性使其非常適合機器人的腿部，尤其設(shè)計受到空間和重量限制時。圖、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，線性關(guān)節(jié)剛度更高，產(chǎn)生慣性更小 圖、行星滾柱絲杠資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投28關(guān)節(jié)設(shè)計：現(xiàn)有人形機器人關(guān)節(jié)設(shè)計方案各具特色機器人企業(yè)/機構(gòu)身高（cm）體重（kg）關(guān)節(jié)數(shù)/電機數(shù)自由度諧波減速器擺線針輪減速器行星減速器滾柱絲桿ASIMO本田130503457√CassieAgilityRobotics1153110-√DigitAgilityRobotics175<6520-√Walker

X優(yōu)必選1306341（腿6*2;臂7*2;手6*2;頸*3）√CloudGinger

XR-1達闥1586534-√GR-1傅利葉1655540-LOLA慕尼黑工業(yè)大學(xué)176682626（頭2，臂4*2；骨盆2，腿7*2）√（除膝、踝關(guān)節(jié)）√（膝、踝關(guān)節(jié)）ARTEMISUCLA1423720（腿5*2，臂4*2，頸2）√OptimusTesla1937340-√（旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）√（靈巧手：多級行星減速器）√（線性關(guān)節(jié)：行星滾柱絲杠）資料來源：公司官網(wǎng)，中信建投30人形機器人減速器類型多樣，當前諧波減速器仍占主流人形機器人減速器類型多樣，適用于不同環(huán)節(jié)，目前以諧波減速器為主。當前人形機器人減速器以諧波減速器為主，如ASIMO、WalkerX、LOLA、Optimus的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等，而線性關(guān)節(jié)多用滾柱絲桿，此外擺線針輪減速器與行星減速器均為常見類型。圖、現(xiàn)有人形機器人采用減速器類型多樣，諧波減速器為主電驅(qū)動類型諧波減速器擺線針輪減速器肌肉/肌腱直流伺服串聯(lián)彈性驅(qū)動SEA機器人ASIMO、HRP

-

5P、Toro、TALOSCassie、DigitKengoroNimbRo-OP2Valkyrie、WALK-MAN圖示人形機器人關(guān)節(jié)技術(shù)路線百花齊放機器人的驅(qū)動方式可分為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和直線驅(qū)動，下肢驅(qū)動結(jié)構(gòu)區(qū)分具有5個要素：軸上串行驅(qū)動、串行驅(qū)動離軸(需要齒輪)、并聯(lián)機構(gòu)曲柄-杠桿、并聯(lián)機構(gòu)（線性驅(qū)動）、混合串并行機制。且現(xiàn)代機器人較少采用液壓驅(qū)動，多采用電驅(qū)動，電驅(qū)動又可細分為5類，其中諧波傳動為主。圖、人形機器人關(guān)節(jié)方案多種多樣，國內(nèi)外研究機構(gòu)在多種技術(shù)路線進行探索資料來源：公司官網(wǎng)，中信建投31本田ASIMO：全部采用諧波減速器圖、本田ASIMO機器人采用34個電機，具備57個自由度本田ASIMO機器人采用諧波減速器。ASIMO機器人由34個驅(qū)動關(guān)節(jié)組成，具備57個自由度，其驅(qū)動關(guān)節(jié)由伺服電機+諧波減速器+驅(qū)動單元構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)跑步、在不平坦的斜坡和表面上行走、平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎、爬樓梯、伸手抓住物體等功能。圖、本田ASIMO機器人均采用諧波減速器參數(shù)ASIMO基本信息高度130cm重量50kg步行速度1.7km/h運行速度7km/h步行循環(huán)可調(diào)，步幅可調(diào)抓握力0.5kg/手（5指手）驅(qū)動器伺服電機+諧波減速器+驅(qū)動單元電機數(shù)34自由度57控制單元行走/操作控制單元、無線傳輸單元傳感器：腳6軸腳面積傳感器傳感器：軀干陀螺儀和加速度傳感器電池可充電51.8V鋰離子電池資料來源：公司官網(wǎng)，中信建投32Cassie機器人：腿部采用擺線減速器，運動能力較強參數(shù)Cassie（2016年）基本信息高度115cm重量31kg速度5km/h驅(qū)動關(guān)節(jié)無刷直流電機+擺線減速器關(guān)節(jié)數(shù)共10個，腿各5個傳感器MEMS

IMU，絕對式和增量式編碼器計算主控：Intel

Atom；微控制器；輔助：Intel

Nuc

I5軟件控制：MathWorks

Simulink電池20.5Ah48V，估計可運行5h功耗站立100W，行走100-300W成本約30萬美元Cassie機器人共10個驅(qū)動關(guān)節(jié)，采用擺線減速器。Cassie是Agility

Robotics發(fā)布的第一個雙足機器人，由10個驅(qū)動關(guān)節(jié)組成，每條腿各5個，其驅(qū)動關(guān)節(jié)由無刷直流電機+擺線減速器構(gòu)成，可以穿越崎嶇的地形并越過障礙物，優(yōu)化版本能夠?qū)崿F(xiàn)上樓梯的功能，并且步行速度能達到5km/h。圖、Cassie機器人共10個驅(qū)動關(guān)節(jié)，腿部為平面六桿機構(gòu) 圖、

Cassie機器人采用擺線減速器，能達到5km/h的速度資料來源：俄勒岡州立大學(xué)，

Agility

Robotics官網(wǎng)，IEEE33Digit：在Cassie基礎(chǔ)上增加上肢，采用擺線減速器，運動能力強Digit機器人共20個驅(qū)動關(guān)節(jié)采用擺線減速器，運動流暢。

Digit機器人是Agility

Robotics在Cassie基礎(chǔ)上發(fā)布的，它的腿與Cassie相似，但Digit配備了傳感器和雙臂結(jié)構(gòu)。

Digit機器人由20個驅(qū)動關(guān)節(jié)組成，其手臂各6個，腿各4個，驅(qū)動關(guān)節(jié)由伺服電機+擺線減速器構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)移動手提袋和包裹、卸貨拖車等功能，已被用于工業(yè)、物流、倉儲及最后一英里交付。圖、Digit機器人運動流暢，應(yīng)用廣泛 圖、

Digit機器人共20個關(guān)節(jié)，采用擺線減速器參數(shù)Digit基本信息高度175cm重量<65kg承載16kg運行速度7km/h驅(qū)動關(guān)節(jié)無刷直流電機+擺線減速器關(guān)節(jié)數(shù)共20個，手臂各6個，腿各4個工作時間在24h內(nèi)工作16h，相當于2FTE傳感器激光雷達、4個英特爾實感深度攝像頭、MEMS

IMU、絕對式和增量式編碼器計算2個Intel

i7

多線程

CPU軟件主控：基于Linux的實時操作系統(tǒng)電池1.2kWh步行功能向前、向后、并排、原地轉(zhuǎn)彎、蹲下散步、上下斜坡、穿越非結(jié)構(gòu)化地形（草地、巖石、路緣石）應(yīng)用場景物流、倉儲、工業(yè)環(huán)境等資料來源：俄勒岡州立大學(xué)，

Agility

Robotics官網(wǎng)，IEEE34優(yōu)必選Walker系列：采用諧波減速器參數(shù)優(yōu)必選

Walker

X機器人基本信息身高130

cm重量63

kg自由度腿6*2;臂7*2;手6*2;頸*3伺服關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩:4.5Nm-200Nm，轉(zhuǎn)速:30rpm-90rpm減速器諧波減速器行走最大行走速度:3km/h，最大不平整適應(yīng):3cm最大上下臺階高度:15cm，最大上下斜坡角度:20°操作負載:伸展狀態(tài)單臂1.5kg，臂展:單臂600mm視覺&導(dǎo)航定位精度10cm，導(dǎo)航精度20cm，精定位精度1cm連接Wi-Fi:

802.11a/b/g/n

5G/2.4

GHz雙頻Ethernet:千兆RJ45接口EtherCAT:高速實時總線，USB:高速3.0端口電源鋰電池

54.6V/10Ah/3.6

kg，充電:2h;

使用(綜合工況)

:2h處理器Inteli78665U頻率19Ghz*2NVIDIA

GT1030顯卡，384核心軟件系統(tǒng)軟件框架:ROSA，仿真平臺:Webots操作系統(tǒng):

Ubuntu+

Linux

RT

Preempt+Android優(yōu)必選Walker系列人形機器人采用精密諧波減速器。

Walker

X人形機器人具備41個自由度，其中腿部6*2，臂部7*2，手部6*2，頸部為3，其一體化驅(qū)動單元由無框力矩電機+精密諧波減速器+驅(qū)動控制器+雙編碼器構(gòu)成，伺服關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩范圍為4.5Nm-200Nm。圖、優(yōu)必選

Walker

X人形機器人具備41個自由度 圖、優(yōu)必選

Walker

X人形機器人采用諧波減速器資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)，中信建投35達闥輪式人形機器人：34個柔性關(guān)節(jié)，采用諧波/行星減速器達闥輪式人形機器人Cloud

Ginger

XR-1具備34個智能柔性關(guān)節(jié)，分布在頸、肩、肘、腕、手、腰、膝、底盤。其智能柔性關(guān)節(jié)為自研，標準SCA2.0減速器主要采用諧波減速器或行星減速器，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能力控，具備自主行走、自動避障、自動平衡等功能。圖、達闥輪式人形機器人Cloud

Ginger

XR-1具備34個智能柔性關(guān)節(jié)，采用諧波/行星減速器參數(shù)Cloud

Ginger

XR-1機器人基本信息身高158cm體重65kg外形優(yōu)美人形（明星臉、明亮眼、天鵝頸、柔軟腰、靈雙手、全向輪）關(guān)節(jié)數(shù)量34個智能柔性關(guān)節(jié)，遍布頸、肩、肘、腕、手、腰、膝、底盤減速器SCA2.0系列主要采用諧波減速器、行星減速器傳感器多層立體感知，多個2D/3D相機、激光雷達、超聲傳感、IMU、力傳感、麥陣等。多層

2D/3D

視覺感知，2D圖像識別（物體、商品、人臉、車牌等等），3D

深度探測、環(huán)境檢測大腦基于“融合智能”云端大腦的實時多模式深度學(xué)習功能能歌善舞、智能抓取、自主行走、自動避障、自動平衡應(yīng)用場景為各類客戶提供迎賓接待、引導(dǎo)講解、群舞演繹、業(yè)務(wù)辦理、養(yǎng)老陪伴、教學(xué)科研等應(yīng)用服務(wù)資料來源：達闥官網(wǎng)，中信建投36傅利葉智能GR-1通用人形機器人：共40個FSA關(guān)節(jié)傅利葉智能GR-1通用人形機器人具備40個FSA關(guān)節(jié)，全身自由度為40。GR-1機器人采用電驅(qū)動技術(shù)，基于自研開發(fā)的FSA高性能一體化執(zhí)行器，具備高度仿生的軀干構(gòu)型、擬人的運動控制，能夠?qū)崿F(xiàn)快速行走、敏捷避障等運動功能。圖、傅利葉智能GR-1通用人形機器人具備40個FSA關(guān)節(jié)參數(shù)傅利葉GR-1通用人形機器人基本信息身高165cm體重55kg自由度40關(guān)節(jié)40個FSA關(guān)節(jié)驅(qū)動方案電驅(qū)動技術(shù)扭矩最大關(guān)節(jié)模組峰值扭矩可達300NM步行速度可達5km/h負重50kg運動功能快速行走、敏捷避障、穩(wěn)健上下坡、抗沖擊干擾等應(yīng)用場景工業(yè)、康復(fù)、居家、科研等資料來源：傅利葉官網(wǎng)，中信建投37參數(shù)LOLA機器人基本信息身高176cm重量68kg速度3.38km/h關(guān)節(jié)數(shù)26個自由度頭：2，臂：4*2；骨盆：2，腿：7*2驅(qū)動方案無刷直流電機+諧波減速器，膝關(guān)節(jié)采用滾柱絲杠機構(gòu)傳感器軀干：

iMAR

iVRU-FC-C167

IMU腳;定制力矩傳感器手：Schunk

FTE-Axia80

力矩傳感器頭：Intel

RealSense

T265、D435攝像頭關(guān)節(jié)：增量式（電機側(cè)）和絕對式（鏈路側(cè)）編碼器計算2個迷你ITX工業(yè)板，每個配備Intel

Corei7-8700

(6x3.2GHz)CPU

、32GB

DDR4

RAM;Nvidia

QuadroP2000GPU；每個關(guān)節(jié)ELMO伺服控制器；通信總線EtherCAT軟件控制：QNX

Neutrino

RTOS7.0；機器視覺：Ubuntu20.04電源24V、80VLOLA人形機器人：26個自由度，具備高動態(tài)性能慕尼黑工業(yè)大學(xué)LOLA人形機器人有

26個自由度

（DoF）。其腿部具有14自由度（各7個），骨盆2個自由度，手臂8個自由度（各4個），頭部2個自由度。LOLA機器人2006年早期版本共22個自由度，更新版依次在頭部、手部增加2個自由度。驅(qū)動關(guān)節(jié)主要采用無刷直流電機+諧波減速器方案，其中膝關(guān)節(jié)采用行星滾柱絲方案，使得腿部具備高動態(tài)性能。圖、

LOLA人形機器人經(jīng)歷迭代，當前具備26個自由度 圖、

LOLA人形機器人肢體采用諧波減速器，膝關(guān)節(jié)采用滾柱絲桿資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，IEEE38LOLA人形機器人：肢體以諧波減速器為主，膝、踝最初采用滾珠絲杠LOLA人形機器人各關(guān)節(jié)采用的減速器以諧波為主。髖部、腳趾、手腕、肩部、肘部等關(guān)節(jié)采用諧波減速器，通常重量輕、具備較大減速比，除髖部關(guān)節(jié)（P）外上述關(guān)節(jié)減速比可達100。LOLA機器人早期版本中，膝蓋、腳踝關(guān)節(jié)等線性關(guān)節(jié)采用滾珠絲杠。LOLA機器人膝蓋、腳踝關(guān)節(jié)采用滾珠絲杠，具備扭矩大、轉(zhuǎn)速大的特點，其中膝蓋關(guān)節(jié)扭矩可達390Nm，轉(zhuǎn)速可達13.9rad/min。圖、

LOLA人形機器人關(guān)節(jié)的減速器類型、尺寸和減速比資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投39關(guān)節(jié)類型用途（R=rollP=pitch

Y=yaw）減速器扭矩（Nm）最大轉(zhuǎn)速重量類型減速比連續(xù)峰值（rad/min）kg1髖部（P）諧波減速器5012537014.452.852髖部（P&Y）諧波減速器100851575.341.253膝蓋滾珠絲杠20-5212039013.92.544腳踝（R&P）滾珠絲杠≤8010528612.70.855腳趾諧波減速器10011548.90.266手腕（R&Y）、肩部（P）諧波減速器100491475.921.17肩部（R），肘部諧波減速器100391108.80.79LOLA人形機器人：主要肢體關(guān)節(jié)以諧波減速器為主人形機器人大部分的關(guān)節(jié)都配備了諧波減速器。其優(yōu)勢包括體積小、重量小、無背隙、高減速比，適合集成一體化關(guān)節(jié)，節(jié)省空間。基于不同的輸出法蘭軸承可以劃分為兩種類型，第一類使用圓環(huán)交叉滾子軸承，雖然只有一個軸承，但具備剛性和高承載能力，可以滿足空間限制和簡化結(jié)構(gòu)。第二類除了輸出法蘭的四點接觸軸承外，還有額外的推力軸承，這種類型用于髖關(guān)節(jié)俯仰軸和滾動軸。圖、主要肢體關(guān)節(jié)采用諧波減速器，基于偏航軸、俯仰軸可分為兩類資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投40LOLA人形機器人：膝關(guān)節(jié)早期采用滾珠絲杠LOLA機器人早期版本中，膝關(guān)節(jié)采用滾珠絲杠。滾珠絲杠具備效率高(η≥96%)、無間隙、無啟動扭矩、可逆向驅(qū)動和靜音運行等優(yōu)勢。在膝關(guān)節(jié)中能夠?qū)⒋蟛糠烛?qū)動器的質(zhì)量移近臀部，從而導(dǎo)致適度的大腿慣性矩。踝關(guān)節(jié)受益于滾珠絲杠，無啟動扭

矩并且具有非常低的滾動摩擦力，可以精確控制作用在地面上的腳扭矩。膝關(guān)節(jié)執(zhí)行器的螺旋軸是空心鉆孔的，可在不損害剛度和強度的情況下降低重量。圖、

LOLA機器人膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用滾珠絲杠（2006年）資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投41LOLA人形機器人：膝、踝關(guān)節(jié)改用行星滾柱絲杠，承載能力強LOLA機器人2010版本膝關(guān)節(jié)改用行星滾柱絲桿，承載能力強。其固定在柄上并通過耦合器連接到腳上，直線軸承使絲桿不受徑向載荷的影響，可承受雙向的高軸向載荷，并改善髖關(guān)節(jié)-大腿區(qū)域的質(zhì)量分布。并且膝關(guān)節(jié)采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩在兩臺電機之間幾乎平均分配，相比基于諧波驅(qū)動的串聯(lián)結(jié)構(gòu)具備優(yōu)勢。此外，踝關(guān)節(jié)的滾珠絲杠具備反向驅(qū)動能力。踝關(guān)節(jié)力矩控制得益于極低的滾動摩擦力和滾珠絲杠的反向驅(qū)動能力，是機器人平衡控制的重要機構(gòu)。圖、LOLA機器人膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用滾柱絲杠（2010年） 資料來源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)，中信建投42ARTEMIS人形機器人：均采用行星減速器，共20個自由度參數(shù)ARTEMIS機器人基本信息身高142cm體重37kg自由度共計20腿各5自由度，臂各4自由度，頸部2自由度執(zhí)行器種類5種減速器行星減速器電池4*100Wh鋰電池傳感器ZED2

立體視覺攝像機2xIntelRealSense

D435iMicrostrainCV7

IMUCustomfoot

loadcell步行速度>2m/s運動功能跑步、跳躍、足球運動等UCLA的ARTEMIS人形機器人共有20個自由度，腿各5自由度，臂各4自由度，頸部2自由度。ARTEMIS人形機器人的20個驅(qū)動關(guān)節(jié)由5種類型執(zhí)行器組成，該機器人步行速度大于2m/s，能適應(yīng)路面、草地等不同地形，遇到外力撞擊能夠快速反應(yīng)避免跌倒，并具備跑步、跳躍、足球運動等能力。圖、ARTEMIS人形機器人能夠靈活進行足球運動 圖、ARTEMIS人形機器人具有20個自由度資料來源：《Design

of

a

Highly

Dynamic

Humanoid

Robot》43ARTEMIS人形機器人：采用連桿傳動方式ARTEMIS機器人具有20個自由度，其中下肢設(shè)計較為復(fù)雜，采用連桿傳動方式，髖部偏航軸與滾軸呈現(xiàn)45%，膝關(guān)節(jié)執(zhí)行器向上移動至與髖關(guān)節(jié)執(zhí)行器同軸，而踝關(guān)節(jié)執(zhí)行器重新定位至更靠近膝關(guān)節(jié)的位置。圖、ARTEMIS人形機器人下肢、上肢、頭部關(guān)節(jié)分布情況資料來源：《Design

of

a

Highly

Dynamic

Humanoid

Robot》44ARTEMIS人形機器人：設(shè)計5種執(zhí)行器，均用行星齒輪減速器執(zhí)行器類別髖關(guān)節(jié)滾動和偏轉(zhuǎn)髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)俯仰踝關(guān)節(jié)俯仰手臂頭部近似重量(g)8503000350300250齒輪減速比14.55.950.319.29峰值扭矩(Nm)85250253212持續(xù)扭矩(Nm)3080883速度(rad/s)2523303050資料來源：《Design

of

a

Highly

Dynamic

Humanoid

Robot》45反射慣性(kgm2)0.0490.0880.020.0080.001參數(shù)ARTEMIS機器人電機重量890g極對數(shù)40氣隙直徑180mm堆高18mm失速轉(zhuǎn)矩45Nm轉(zhuǎn)矩常數(shù)0.28Nm/A電機常數(shù)1.08N

m/√WARTEMIS人形機器人具有5種類型執(zhí)行器，其中下肢涉及髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)處的3種執(zhí)行器，主要采用連桿結(jié)構(gòu)+寬大氣隙電機+行星齒輪減速器方案，其齒輪減速比分別為14.5、5.9、50.3。手臂各有4個執(zhí)行器，齒輪減速比為19.2。頭部/頸部分布2個執(zhí)行器，齒輪減速比為9。圖、ARTEMIS人形機器人具有5種執(zhí)行器 圖、ARTEMIS人形機器人寬大氣隙電機規(guī)格Optimus：40個驅(qū)動器，集成多種類減速器參數(shù)ARTEMIS機器人基本信息身高5尺8寸，約193cm體重73kg關(guān)節(jié)40個，身體部分旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)14個，線性關(guān)節(jié)14個，手部空心杯關(guān)節(jié)各6個減速器旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：諧波減速器；線性關(guān)節(jié)：行星滾柱絲杠；空心杯關(guān)節(jié)：多級行星減速器電池組容量2.3kWh，電壓52V，可支持一天的使用大腦采用Tesla

SOC，可進行WiFi和LTE網(wǎng)絡(luò)連接視覺系統(tǒng)采用Autopilot攝像頭作為視覺感知傳感器，3個攝像頭，基于Tesla的計算機模組和方案控制算法搭載多相機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)化、自動標記、算法訓(xùn)練等材質(zhì)輕量材質(zhì)Tesla

bot從概念到實體發(fā)展迅速，具備40個關(guān)節(jié)，采用多類減速器：從2021

TeslaAI

DAY開始，Tesla

bot經(jīng)歷從概念到開發(fā)平臺制造，2022年AI

DAY人形機器人擎天柱Optimus實體發(fā)布，但并不具備走路功能。Optimus當前版本具有40個關(guān)節(jié)，采用多類減速器，在移動速度、控制力度和靈活程度等方面的能力均大幅提升，并新增環(huán)境發(fā)現(xiàn)與記憶功能。圖、

2021-2023年Tesla

bot經(jīng)歷概念、開發(fā)平臺、實體階段 圖、Optimus人形機器人具有40個關(guān)節(jié)，采用多類減速器資料來源：

Tesla

AI

Day

2022

，公司官網(wǎng)，中信建投46Optimus：采用旋轉(zhuǎn)和線性關(guān)節(jié)，配置腰部自由度驅(qū)動器分布：Optimus共有40個驅(qū)動器，其中身體（不包含手）28個，單手6個。與早期公布的關(guān)節(jié)方案相比，發(fā)布版本減去了頸部的關(guān)節(jié)，主要考慮盡可能控制電機數(shù)量從而減少機器人的功耗。我們認為身體關(guān)節(jié)分布如下：臂部共7個，肩部3個關(guān)節(jié)，肘部1個關(guān)節(jié)，手腕3個關(guān)節(jié)；腿部共6個，髖部3個，膝蓋1個，腳踝1個；腰部共2個。區(qū)別于同類型人形機器人，腰部設(shè)置2個自由度是其設(shè)計亮點之一，有助于后期實現(xiàn)各類仿生運動。47246211131446781351133568101