人形机器人(Humanoid Robots)的关节执行器(Actuator)被誉为机器人的“肌肉”，是决定机器人运动能力、负载能力、动态响应和成本的核心部件。目前，行业内的主流技术路线已从早期的液压驱动逐渐收敛为全电驱动（Electric Drive），但在具体实现方式上，根据关节部位（如手臂、腿部、灵巧手）的不同需求，分化出了几种代表性的技术路线。
以下是当前人形机器人关节执行器的主要技术路线及其详细解析：
人形机器人关节执行器四大技术路线全景对比
一、 旋转关节技术路线 (Rotary Actuators)
——成熟稳健的“刚性骨架”
这是目前应用最广泛、产业链最成熟的路线。它利用电机旋转产生力矩，模拟人类关节的转动（如肩关节的圆周运动、腰部的扭转）。根据减速方案不同，分为“精密派（谐波）”和“爆发派（行星/QDD）”。
- 核心配置：
- 驱动：无框力矩电机（Frameless Motor）。
- 传动：谐波减速器（上肢为主）或 行星/摆线减速器（下肢/腰部为主）。
- 传感： 双编码器 + 扭矩传感器。
- 代表厂商/产品：
- Tesla Optimus（肩/肘/腕）： 采用谐波减速器，追求极致体积力矩比。
- Unitree（宇树）H1/G1： 下肢采用大扭矩电机+低减速比行星齿轮（准直驱），追求跑跳爆发力。
- 小米 CyberOne： 上肢典型旋转关节方案。
- 适用场景：
-
上肢（肩、肘）：要求运动精度高、体积紧凑。 -
下肢（髋、腰）：要求大范围转动和高扭矩输出。 - 优缺点：
- 优点： 控制算法成熟、定位精度极高、结构紧凑、产业链完善。
- 缺点： 刚性过强，缺乏物理柔顺性（撞击易损）；为了保护齿轮，往往限制了爆发速度；行走姿态略显机械僵硬（Robotic motion）。
二、 直线关节技术路线 (Linear Actuators)
——力量与爆发的“液压替代者”
为了模拟人类大腿肌肉的收缩与伸展，特斯拉Optimus引领了电动缸（Electric Cylinder）替代液压缸的潮流。通过将旋转运动转化为直线推力，提供极高的负载能力。
- 核心配置：
- 驱动： 无框力矩电机。
- 传动：行星滚柱丝杠（Planetary Roller Screw）（高端/重载）或 梯形/滚珠丝杠（中低端）。
- 结构： 倒置式行星减速机构 + 连杆。
- 代表厂商/产品：
- Tesla Optimus（髋/膝/踝）： 核心受力点全系标配行星滚柱丝杠，推力达数吨。
- 傅利叶智能 GR-1： 采用自研直线执行器。
- 逐际动力： 腿部采用类似的直线驱动结构。
- 适用场景：
-
膝关节、踝关节：需要承受全身重量、起蹲冲击和巨大瞬时推力的部位。 - 优缺点：
- 优点：推力密度极大，结构刚性高，能够支持机器人负重深蹲、跳跃；寿命远超滚珠丝杠。
- 缺点：成本极高（加工难度大），体积长条状不仅占用腿部空间，且物理上仍属于“刚性连接”，对地面冲击的缓冲依赖算法而非材料。
三、 灵巧手微型执行器路线 (Dexterous Hand Micro-Actuators)
——精细操作的“末端神经”
灵巧手是机器人最复杂的部位，要求在极小的空间内实现多个自由度（DOF）。
- 核心配置：
- 驱动：空心杯电机（Coreless Motor）。
- 传动： 精密微型齿轮箱 / 蜗轮蜗杆（自锁特性） / 腱绳（Tendon-driven）。
- 代表厂商/产品：
- Tesla Optimus Gen2： 采用空心杯电机+腱绳驱动，模拟肌腱拉动手指。
- 因时机器人 / 钧舵机器人： 典型的空心杯+连杆方案。
- Shadow Robot： 高端科研灵巧手。
- 适用场景：
-
手掌内部，驱动手指进行抓取、捏合等精细动作。 - 优缺点：
- 优点： 体积极小、响应速度快、动作精细。
- 缺点： 输出力较小（捏碎硬物困难）；腱绳方案寿命短、易磨损；电机散热是瓶颈。
四、 柔性仿生技术路线 (Flexible Biomimetic / Artificial Muscle)
——丝滑交互的“人造肌肉”
这是需要特别关注的新兴路线，以小鹏PX5为典型代表。它不再追求工业级的绝对刚性，而是引入了物理层面的“弹性”和“阻尼”，试图在物理结构上复刻生物肌肉的特性（Passive Compliance）。
- 核心配置：
- 驱动： 伺服电机 / 直线驱动器（源头仍是电驱）。
- 传动/缓冲：3D打印晶格结构（Lattice Structure） / 高分子人工肌肉材料 / 气动/液压人工肌肉。
- 原理： 小鹏方案是在直线驱动器的末端串联了一个由高分子材料3D打印的“多孔格栅”结构。这个格栅充当了类似肌腱和肌肉腹的非线性弹簧，提供物理缓冲和储能。
- 代表厂商/产品：
- 小鹏鹏行 PX5： 采用了“刚性直线驱动 + 柔性3D打印晶格”的混合仿生关节。
- Festo（费斯托）： 气动人工肌肉（Pneumatic Muscle），早期仿生的代表。
- Clone Robotics： 采用液压驱动的仿生手，极度接近人体解剖结构。
- 适用场景：
- 家庭陪伴、老人护理、儿童交互： 任何需要与人直接接触、拥抱、握手的场景。
-
不需要搬运重物，但需要动作极其自然、步态优雅的场景。 - 优缺点：
- 精度较低： 柔性材料存在滞后效应，难以实现毫米级的工业定位精度。
- 刚度控制难： 较难像刚性机器人那样举起非常沉重的物体（材料会过分形变）。
- 材料寿命： 3D打印的高分子材料在反复拉伸后的疲劳寿命不如金属齿轮。
- 动作丝滑： 物理柔性过滤了电机的抖动，动作看起来像真人一样流畅，没有机器味。
- 本质安全： 碰撞时，晶格材料会变形吸收能量，不会像刚性手臂那样把人打伤。
- 高爆发储能： 类似于跟腱，可以在行走时储存弹性能量，提高能效。
- 优点（独有优势）：
- 缺点：
总结与核心配置对比表
趋势点评： 如果说特斯拉代表了人形机器人的“工具属性”（干活、搬运、刚性、精准），那么以小鹏为代表的柔性仿生路线则探索了机器人的“伙伴属性”（交互、陪伴、安全、自然）。未来，随着家庭服务场景的展开，这种带有物理柔性的技术路线将会占据重要的一席之地。
未来的演进趋势
目前行业正在向“刚柔并济、高度集成”的方向发展：
总结：
- 一体化关节（Integrated Joint）： 将电机、减速器、控制器、传感器封装在一起，形成标准化模块（“关节模组”），即插即用。
- 国产化降本： 特别是行星滚柱丝杠和谐波减速器，目前是中国产业链攻关的重点，旨在将单台机器人的BOM成本降至2-3万美元以下。
- 电机拓扑优化： 针对机器人定制的轴向磁通电机（盘式电机）因其轻薄、高扭矩密度的特点，正逐渐受到关注。
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