人形机器人关节模组，旋转vs直线（附名单）[good]

当前各人形机器人产品在驱动器技术存在多种方案，不同方案的选择往往是应用场景和制造成本之间权衡的结果。

国内人形机器人关节以旋转驱动器为主，代表厂商有优必选、傅利叶、智元和宇树科技等。在具体应用中，如，星动纪元自研高性能通用人形机器人星动STAR1共有55个自由度含有19个谐波减速器、12个行星减速器、24个小微减速器。

我梳理了部分供应商已正式推出的关节模组方案，其中，旋转关节模组可以以减速器类型进行划分，分为摆线/行星/谐波旋转关节；直线关节模组可分为滚珠/滚柱/灵巧手用丝杠。

旋转：多种减速器方案满足人形本体功能需求

目前在人形机器人本体的旋转关节模组中，可能考虑的减速器方案包括精密行星减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器；可能考虑的核心指标包括回程间隙、精度、使用寿命、稳定性。

精密减速器通常具有回程间隙小、精度较高、使用寿命长、更加可靠稳定的特征，可以应用于机器人、数控机床等高端领域。

高精度机器人行星减速器需要小而薄的内齿圈，存在以下问题：

①切削变形问题。薄壁齿圈的壁厚与径向尺寸相比有很大的差距，在车削以及后续磨削、插齿加工过程中，因切削力的影响易产生局部变形；

②夹紧变形问题。在夹紧过程中难以时刻保持夹紧力的均匀，会引起夹持变形，导致工件整体精度下降，影响回转机构减速器的强度、噪声、寿命和可靠性。

摆线针轮减速机由少齿差渐开线齿形行星减速器发展而来的，所不同的是它的行星轮齿是采用摆线齿，而内齿轮采用针齿，核心部件包括：带偏心轴承的高速轴（曲柄轴）、RV齿轮、直齿轮、针齿槽等。

相较于渐开线齿轮，仅靠单个或者两个齿轮吸收所有负载，摆线驱动能将负载分散到30%以上的曲线板凸缘上。可以同时啮合较多齿轮数量，具备小型、轻量、高刚性、耐超载、适应环境、使用寿命长的特点；另外，由于齿隙、旋转振动、惯性小，所以具备良好的加速性能。

谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递的传动装置，其构造主要由带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、波发生器三个基本构件组成。

在谐波减速器关键零部件中，柔轮因其薄壁结构以及齿廓曲面复杂，加工工艺最为复杂，涉及零件材料的选择、毛坯锻造、热处理、薄壁结构切削加工、制齿工艺以及毛刺去除工艺等。我国柔轮制成工艺距离美、日国家仍有一定距离。

由于谐波减速器柔轮的齿轮模数较小，齿廓曲面复杂且对于加工精度要求较高，有多种方式尝试提高齿廓加工精度，如再现展成法、慢走丝线切割、冷滚轧成形法、滚齿加工、插齿加工和刮齿加工等。

直线：方案、工艺及机床设备

通过整理部分公司现有的线性执行器产品，我认为，目前市面上主要的丝杆/滚珠/滚柱选择，主要取决于模组的体积大小及所需的输出推力，如，手部可以选用丝杆（因时机器人）或滚珠的方案（兆威）；手臂用线性执行器可采用滚珠或滚柱的方案。

滚珠丝杠工艺加工难度：主要在于螺母内滚道。目前加工方法主要有：车削、铣削、冷挤压、电解加工等，其中车削、铣削一般用于内滚道的粗加工。

伴随着精密机床和高速切削刀具材料的发展，以铣代磨、以车代磨被引入，主要有高速硬体内螺旋纹旋风铣及分层包络细微硬车削技术。目前对于内螺纹精密加工，较为成熟及应用广泛的工艺为磨削成型。

根据对加工件的加工方式差异，金属切削机床可分为车床、镗床、铣床、钻床和磨床等。目前高端精密机床仍较多依赖进口（如德国、瑞士设备），但国内厂商正加速突破，国产装备凭借技术突破和成本、服务优势，有望在该领域逐步实现进口替代，享受到行业增长红利。

我认为人形机器人目前处于技术突破、商业化落地初期，后续有望迎来量产空间。建议关注：减速器厂商、丝杠、灵巧手供应商、精密机床等。

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减速器及材料

中大力德（002896）：机械传动与控制应用领域关键零部件如精密减速器、减速电机等核心零部件供应商。
绿的谐波（688017）：机器人用谐波减速器、机电一体化产品、旋转执行器供应商。

丰立智能（301368）：齿轮、精密（谐波）减速器和小微齿供应商。
科达利（002850）：主业锂电结构件，合资公司科盟创新主营创新减速器。
翔楼新材（301160）：定制化精密冲压特殊钢材料供应商。
丝杠

恒立液压（601100）：线性驱动器杠供应商。

灵巧手电机

兆威机电（003021）：微型驱动系统供应商，提供高性能伺服电机、减速箱和齿轮零部件。

精密机床

华辰装备（300809）：研发的P0级滚珠丝杠磨床，在3月获福立旺100台订单，用于人形机器人行星滚柱丝杠的制造。

日发精机（002520）：数控螺纹磨床于2023年研发完成，可用于加工新能源汽车、人形机器人、工业母机等行业的丝杆与螺母。

秦川机床（000837）：公司齿轮机床、螺纹磨床均有适用制造机器人（含人形）零部件的能力。