人形机器人的关键零部件对于其性能和发展起着至关重要的作用。这些零部件是实现机器人智能化和高效运行的基础，决定了人形机器人在各个领域的应用潜力。

首先，关键零部件如无框力矩电机、空心杯电机等为机器人提供了强大的动力源。无框力矩电机具有高扭矩密度和低转动惯量的特点，能够在相对较小的体积内提供强大的扭矩输出，使机器人的动作更加迅速、敏捷，同时降低了启动和停止时的能量消耗。空心杯电机则以其高转速、高能量转化效率、轻量化和高精度的优势，适用于机器人的手指关节等部位，提高了人形机器人的灵活性和精确度。

其次，传感器作为人形机器人感知外部环境的关键部件，对于实现机器人的智能化至关重要。六维力传感器能够同时测量三个力分量和三个力矩分量，为人形机器人提供了类似于人类触觉的功能，使其能够感知和适应外部环境的变化，完成更加复杂和精细的任务。MEMS 压力传感器、惯性传感器、电子皮肤和柔性触觉传感器等也在不同方面为机器人提供了丰富的感知能力，确保其在各种环境下的稳定运行。

此外，减速器、控制器等零部件也在人形机器人的运动控制和精度提升方面发挥着重要作用。减速器能够提高机器人关节的扭矩输出和运动精度，控制器则负责规划机器人的运动，确保其在操作空间和关节空间之间能够精准转换，并完成高速的伺服插补运算和运动控制。

综上所述，人形机器人的关键零部件是实现其智能化和高效运行的基础，对于推动人形机器人产业的发展具有重要意义。

二、核心零部件之减速器

谐波减速器：主要由柔轮、刚轮和波发生器三大部分构成，结构相对复杂，但具有紧凑的体积和较高的刚度。对精度要求较高，能实现高精度的运动控制，适合在精度要求较高但负载较小的场景中使用。在人形机器人中，常用于小臂、腕部和手部等需要进行精确控制的部位。例如，特斯拉人形机器人就采用了谐波减速器作为旋转关节的核心组件，使得动作更加流畅、精确。

RV 减速器：以高承载能力、高传动效率和稳定性强著称。采用多个轴承增强承载能力和稳定性，具有较强的抗震性能。适用于机器人的重负载区域，如腿部、腰部和肘部等部位。目前国内 RV 减速器市场主要由海外厂商占据，但国内厂商也在逐渐壮大。例如北京众裕动力科技有限公司研制的 RV 减速器承载能力已达到 800N.m，性能表现优异。

行星减速器：具有传动效率高、无需保养和结构简洁的特点。由行星轮、太阳轮和内齿圈组成，紧凑的结构满足机器人对于小型化和轻量化的要求。广泛应用于人形机器人的轮部或集成于伺服电机、步进电机中，在动作控制和精度要求不高的区域表现出色。

目前，全球人形机器人减速器市场主要由海外厂商主导。在谐波减速器市场，22 年中国市场中，德国的哈默纳科占据了领先的市场份额，达到了 38%，而国内本土厂商绿的谐波的市场份额也不断提升，达到了 26%。丰立智能、昊志机电等国内厂商通过打产品组合牌策略，在市场中获得一席之地。

在 RV 减速器市场，国内主要由海外厂商如日本的 Nabtesco、德国的 ParkerHannifin 等占据。但随着国内人形机器人产业的快速发展，国内厂商如双环传动、中大力德等逐渐壮大，市场占有率不断提升。以双环传动为例，2020 年成立全资子公司环动科技，专门从事机器人关节高精密减速器研制，2022 年市占率约为 15%，位居国内 RV 减速器市场前列。

在行星减速器市场，国内一些人形机器人制造商已经开始采用行星减速器作为其产品的重要组成部分。随着人形机器人产业的不断推进，行星减速器的市场空间有望进一步扩大。

总体而言，国内厂商在人形机器人减速器市场的份额逐渐崛起，随着技术创新和产品升级，未来有望在全球市场中占据更重要的地位。

传感器作为人形机器人的感知模块，起着至关重要的作用。各类传感器为机器人提供了与外界环境交互的能力，使其能够感知周围的物理世界并做出相应的反应。

例如，六维力传感器能够同时测量三个力分量和三个力矩分量，为人形机器人提供类似于人类触觉的功能，使其能够感知和适应外部环境的变化，完成更加复杂和精细的任务。它可以安装在机器人的手部、脚部等部位，帮助机器人准确地抓取物体、感知物体的重量和形状等。

MEMS 压力传感器能够检测机器人所处环境的气压变化，对于机器人在不同高度和气压环境下的运动控制具有重要意义。惯性传感器可以测量机器人的加速度和角速度，帮助机器人确定自身的位置和姿态，实现精确的运动控制。电子皮肤和柔性触觉传感器则可以为机器人提供更加细腻的触觉感知，使其能够感知物体的纹理、温度等信息。

力矩传感器具有精度高、频响快、可靠性好、寿命长等特点。它能够感知机器人在运动过程中所受到的力矩，为机器人的运动控制提供重要的反馈信息。

目前，力矩传感器的市场规模不断扩大。2022 年全球市场力矩传感器销售规模为 75 亿美元，预计 2023 年全球市场力矩传感器销售规模为 80.6 亿美元，2030 年将达到 134 亿美元，2023 - 2030 年的年复合增速为 7.5%。在中国市场，2022 年中国六维力传感器市场规模 2.39 亿元，同比增长 52%，预计 2027 年中国六维力传感器市场规模将超过 15 亿元，2022 - 2027 年的年复合增速将超过 45%。

MEMS 技术在力矩传感器中的应用具有广阔的前景。MEMS 力矩传感器具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够更好地满足人形机器人对传感器小型化、轻量化的需求。同时，MEMS 技术还可以提高力矩传感器的精度和可靠性，降低生产成本，促进力矩传感器的大规模应用。未来，随着 MEMS 技术的不断发展，力矩传感器将在人形机器人中发挥更加重要的作用。

1.触觉传感器：触觉传感器是实现人形机器人智能感知和人机交互的核心器件。它能够将触觉刺激转换为电信号送入人形机器人控制器，为人形机器人感知外界环境提供丰富的信息，如物体尺寸、形状、纹理、刚度、温度等特性，还能提供与他人的力触觉交互。柔性触觉传感器又可称为 “电子皮肤”，能够实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的检测，是人形机器人直接感知环境作用的重要传感器。目前，国内有华威科、他山科技、帕西尼感知、盈连科技、钛深科技等企业在机器触觉领域做了大量布局。

1.视觉传感器：视觉传感器在人形机器人中拥有广泛的应用，极大地提升了人形机器人的全自主感知和操作能力。人形机器人可通过收集、解析和利用数据，做出决策并与环境进行交互，包括寻找物体、抓取物体、识别人类姿态、路径规划等。目前，视觉传感器领域国内企业崭露头角，在消费场景已有应用。海外以安森美、基恩士、康耐视为主，国内有奥比中光、伟景智能、远形时空等企业。

1.惯导 IMU：IMU 测量物体在三个正交方向的角速度和加速度，运用于人形机器人，IMU可以根据XYZ方向的加速度和旋转角变化来准确估计姿态。同时IMU可以动态确定人形机器人自身位置变化，从而确定其移动轨迹及实现导航功能。21年全球MEMS惯性传感器市场规模超35亿美元，且受益人形机器人、自动驾驶、高端工业等领域渗透应用，有望实现稳定发展。IMU国产替代机遇较大。

编码器在伺服系统中起着至关重要的作用。通常编码器与电机相连，检测电机状态，并把信号反馈回驱动器。伺服驱动器接受上位机发送的信号，转换为功率信号驱动电机工作，而编码器作为核心传感器把电机旋转的角度和速度实时反馈给驱动器。驱动器依照反馈信号精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量，确保电机位置、转向、转速满足预定要求，形成闭环控制。

在人形机器人运动控制中，编码器的数据反馈至关重要。它主要用于监测和控制机器人关节的运动位置，确保精确的运动控制和定位。旋转关节通常需要两个编码器以确保准确度和稳定性，线性关节和灵巧手则需要一个编码器。编码器能够提供准确的位置和速度信息，使机器人的动作更加精准、稳定。

测量类型：

直线 / 线性编码器：测量物体的直线位移，通常由传感器和标尺组成。标尺被固定在物体上，传感器则测量标尺上的位置信息。主要用于机械加工、数控机床、3D 打印、半导体制造等领域。直线编码器的代表是光栅尺。

旋转编码器：测量物体的旋转角度，可以直接安装在物体上，以测量物体的旋转运动。广泛应用于自动化控制系统、机器人、航空航天、汽车、医疗设备等领域。

输出信号：

绝对式编码器：能够提供设备在绝对坐标系中的位置信息。其工作原理通常涉及一个码盘，上面有一系列的编码线或槽，每个位置的编码线组合是唯一的。读头包含光电传感器或其他类型的传感器，用于检测码盘上的编码信息。绝对式编码器不需要依赖于一个参考点或复位信号来确定位置，因为它在每个位置都有唯一的编码与之对应。

增量式编码器：提供相对于某个初始位置或上一个测量点的位置变化信息。通过计数脉冲来跟踪位置的变化，不存储绝对位置信息。内部通常包含一个码盘，读头包含光电传感器或其他类型的传感器，用于检测码盘上的光栅线。当码盘旋转或移动时，传感器会检测到光栅线产生的脉冲信号。增量式编码器适合于成本敏感且对绝对位置精度要求不高的应用，而绝对式编码器则适用于需要高精度、高可靠性和简便性的应用场景。

技术原理：

磁编码器：利用电磁感应原理，将物理信号转换为数字信号，以实现位置和角度的测量。由磁性传感器、磁环和信号处理器组成。不依赖于光学原理，而是通过感应磁场的变化来确定位置信息。当码盘旋转或移动时，磁场的分布也随之改变。磁敏传感器检测到这些变化，并将其转换为电信号。

光编码器：通常称为光电编码器，利用光学原理来测量位置和速度。由发光元件、光敏元件及码盘组成。将机械位置转换为电信号，通常用于精确的位置反馈和速度控制。当光栅盘旋转或移动时，光栅图案会周期性地阻断和允许光源发出的光到达光电传感器。这些变化被传感器检测到，并转换为电脉冲信号。

电感式编码器：通过检测磁场的变化来确定物体的位置和移动速度。工作原理基于法拉第电磁感应定律，即当磁场中的导体发生相对移动时，会在导体中产生电动势。在电感式编码器中，码盘上的磁性材料与感应头中的线圈相互作用，产生变化的磁场。

五、其他关键零部件

行星滚柱丝杠由丝杠、滚柱、螺母、内齿圈、保持架、弹性挡圈等部分组成。其结构设计合理，具有诸多优势。

首先，行星滚柱丝杠具有高承载能力，能够承受较大的负载，确保人形机器人在各种复杂环境下稳定运行。据资料显示，行星滚柱丝杠的承载能力通常为滚珠丝杠的数倍，其轴向刚度比滚珠丝杠副大约 50%。

其次，它具备高精度的传动精度和重复定位精度，能满足人形机器人对运动控制的高要求。采用精密的制造工艺和材料，尤其是在研削、组装、检查各工序中，对温度和湿度进行严格控制，充分保证了其精度。

再者，行星滚柱丝杠能实现精确微进给。由于其利用滚柱运动，启动力矩极小，不会出现滑动运动中的爬行现象。

此外，行星滚柱丝杠在运行过程中产生的噪音较低，有助于提升人形机器人的使用体验。

在人形机器人中，行星滚柱丝杠应用广泛。作为人形机器人关节的驱动部件，能够实现关节的精确转动和定位，使机器人能够模拟人类的运动姿态。通过精确控制行星滚柱丝杠的位移和速度，可以实现人形机器人步态的平稳过渡和精确调整，提高机器人的行走稳定性和舒适性。在机器人的抓取、操作等动作中，行星滚柱丝杠能够提供稳定的动力输出和精确的位置控制，确保机器人能够准确执行各种任务。例如，特斯拉的 Optimus 机器人身上就有高达 10 - 14 个直线关节应用了行星滚柱丝杠，在机器人一体化关节中的价值占比将接近 20%，而一体化关节预计占人形机器人整体价值量的 50%，可见其重要性。

在国内外生产厂商方面，目前市场份额基本被欧洲品牌占据。因为制造工艺需要高精密的磨床及旋风铣床，以及特种合金钢、PCBN 刀具、热处理工艺等，国内一直被卡脖子，而国际品牌单个产品的售价高达 2 万元。不过，国内的工业机床和基础制造能力在飞速发展，一些国内企业已经展开相关产品的研发与生产。比如长坂（扬州）机器人科技有限公司，已送样到一家全球知名机器人公司试用，从使用效果反馈看，有望进入对方供应体系。该公司用了不到三个月时间，研发出专用机床，并且攻克了内螺纹磨削方面的诸多技术难点。

无框力矩电机具有独特的性能特点和在人形机器人中的显著优势。

性能特点方面，无框力矩电机是一种无框架式的无刷永磁同步电机，由转子和定子组成，但没有固定的外部结构或框架。相比步进电机与伺服电机，力矩电机具有大转矩、低转速、平稳性强、过载能力强、响应快等特点。相比有框力矩电机，无框力矩电机具有尺寸小、性能更可靠、环境适应性强等优势。

在人形机器人中的优势主要体现在，它是人形机器人关节中较主流的驱动零部件，具有高灵敏度、高功率密度、高效率的特点。以特斯拉 Optimus 为例，其 28 个关节中均搭载无框力矩电机作为动力源头。无框力矩电机占人形机器人零部 BOM 成本的 8% 左右。

在国内外主要厂商方面，国际市场上，科尔摩根是全球领先企业，目前技术较为领先，拥有先进的磁路设计和制造工艺。其他国际厂商如奥地利的 AVS Mechatronics GmbH、美国的 Kollmorgen、Maxon Motor、德国的 TQ Robodrive 和美国的 Aerotech 等也在该领域有不错的表现。国内厂商中，步科股份是专精特新 “小巨人” 企业，持续深耕机器人行业，已量产多款无框力矩电机产品。昊志机电的谐波减速器、无框力矩电机和编码器等产品可应用于人形机器人，其中该公司的无框力矩电机转矩波动≤1%，更利于机器人力矩控制，能够提供 3.5 倍过载能力，使得机器人负载能力大大加强。此外，江苏雷利在人形机器人领域储备空心杯减速电机、线性传动组件、无框力矩电机等产品，正在多家机器人厂商进行送样和客户验证。震裕科技的全资子公司苏州范斯特与汇川技术联合开发无框力矩电机，应用于人形机器人执行器。

人形机器人关键零部件在整个产业的发展中起着举足轻重的作用。随着人工智能、机器人技术的不断进步以及市场需求的持续增长，这些关键零部件的发展前景广阔，尽管目前仍面临一些挑战，但潜力巨大，未来值得期待。

（一）重要性持续凸显

关键零部件是人形机器人实现智能化、高效化运行的基础。无框力矩电机为机器人提供强大动力，传感器赋予机器人感知外界的能力，减速器确保机器人动作的精准与稳定，编码器实现精确的运动控制，行星滚柱丝杠提升机器人的承载能力和精度。这些零部件共同作用，决定了人形机器人在各个领域的应用潜力和发展前景。例如，在工业制造领域，高精度的关键零部件能够使机器人完成复杂的装配任务；在医疗领域，灵敏的传感器和精确的运动控制可以辅助医生进行微创手术；在家庭服务领域，可靠的动力源和稳定的运动部件能让机器人更好地完成家务劳动。

（二）挑战与机遇并存

目前，人形机器人关键零部件的发展面临着一些挑战。一方面，技术难题仍待攻克。例如，力矩传感器的精度和可靠性需要进一步提高，以满足人形机器人在复杂环境下的精细操作需求；行星滚柱丝杠的制造工艺复杂，国内在相关技术上仍存在被 “卡脖子” 的情况。另一方面，成本问题也是制约人形机器人普及的重要因素。一些关键零部件的高昂价格使得人形机器人的整体成本居高不下，限制了其在市场上的大规模应用。

然而，挑战往往伴随着机遇。随着技术的不断进步，研发投入的持续增加，这些技术难题有望逐步得到解决。例如，国内企业在行星滚柱丝杠的研发上已经取得了一定的突破，有望打破国外垄断，降低成本。同时，市场需求的增长也将推动关键零部件的技术创新和产业升级。随着人口老龄化的加剧和劳动力成本的上升，人形机器人在养老、医疗、家庭服务等领域的需求将不断增加，这将为关键零部件的发展提供广阔的市场空间。

（三）未来发展趋势

未来，人形机器人关键零部件将朝着高性能、小型化、智能化、低成本的方向发展。在性能方面，关键零部件将不断提高精度、可靠性和稳定性，以满足人形机器人在各种复杂环境下的应用需求。例如，无框力矩电机将进一步提高功率密度和效率，传感器将更加灵敏和准确。在小型化方面，随着微机电系统（MEMS）技术的不断发展，关键零部件将越来越小巧，为人形机器人的设计提供更多的灵活性。在智能化方面，关键零部件将具备自诊断、自调整、自优化的功能，提高人形机器人的智能化水平。在成本方面，随着技术的成熟和规模化生产的实现，关键零部件的成本将逐渐降低，推动人形机器人的普及应用。