電子發燒友網報道（文/李彎彎）人形機器人關節模組是其運動系統的核心部件，決定了機器人的靈活性、精度、負載能力和動態響應性能。關節模組主要位于人形機器人的頸部、肘部、腕部、腰部、髖部、膝部、踝部等位置，用來控制機器人模仿人類頭部、手臂、腿部等的旋轉、俯仰、彎曲、伸展、擺動等動作。

人形機器人關節模組主要有旋轉關節模組和線性關節模組，旋轉關節模組又主要由伺服驅動、力矩電機、減速器、力矩傳感器、編碼器、軸承組成；線性關機模組主要由伺服驅動、力矩電機、絲杠、力矩傳感器、編碼器和軸承組成。另外還有靈巧手，主要由空心杯電機、傳動裝置、傳感器（力矩傳感器、觸覺傳感器）、編碼器、微型軸承等組成。

人形機器人關節模組的關鍵技術

人形機器人關節模組的關鍵技術涵蓋高扭矩密度電機設計、精密傳動技術、傳感器融合、驅傳感控一體化等方面，這些技術共同決定了機器人的運動性能、負載能力、精度和可靠性。

高扭矩密度電機設計，如無框力矩電機、空心杯電機。無框力矩電機憑借高扭矩密度、緊湊結構和良好散熱性，成為機器人關節的主流動力源。其設計優化了磁場強度和繞組結構，能夠在有限空間內輸出強大扭矩，同時降低能耗和發熱，滿足機器人關節高動態響應的需求。

空心杯電機在靈巧手等末端執行部件中，憑借體積小、響應快、功率密度高的特點，實現了手指關節的靈活驅動。其無鐵芯結構消除了渦流損耗，進一步提升了效率與響應速度。

精密傳動技術，包括諧波減速器、行星減速器、行星滾柱絲杠等。諧波減速器通過柔輪與剛輪的嚙合實現高減速比傳動，具有體積小、傳動比大、精度高的優勢，適用于手臂、腰部等需要靈活運動的關節。其傳動效率可達90%以上，且背隙小，保證了運動的平穩性。

行星減速器采用多齒輪嚙合結構，具備高剛性、高扭矩承載能力，適用于腿足部等需要承受較大沖擊的關節。其模塊化設計便于維護，且成本相對較低。

行星滾柱絲杠作為線性執行器的核心部件，通過多滾柱與絲杠的滾動接觸實現高承載、長壽命的直線運動。其承載能力是滾珠絲杠的3倍以上，且壽命長達數萬小時，適用于重載工況下的關節模組。

傳感器融合技術，包括力矩傳感器、編碼器、觸覺傳感器等，一維力矩傳感器用于旋轉關節的扭矩監測，六維力矩傳感器則安裝在手腕和腳踝，實現多向力和力矩的精確測量。這些傳感器為機器人的力控操作提供了實時反饋，確保了抓取、操作等任務的穩定性。

編碼器提供高精度位置反饋，支持關節模組的閉環控制。高分辨率磁編碼器通過磁場變化實現位置檢測，分辨率可達微米級，顯著提升了運動控制的精度。

觸覺傳感器集成于靈巧手，能夠識別抓握物體的材質、紋理及受力分布。其高靈敏度和快速響應特性，使機器人能夠完成復雜的手部操作任務。

驅傳感控一體化技術，也就是集成化設計，將電機、減速器、編碼器、驅動器等部件高度集成，形成緊湊的模塊化結構。這種設計簡化了機器人的裝配流程，提升了系統的可靠性和維護性。還有實時控制與通信，通過EtherCAT、CANopen等通信協議，關節模組實現了與主控系統的高速數據交互。實時位置、速度、電流等數據的反饋，支持了機器人復雜運動任務的精確執行。

人形機器人關節模組及上游產業鏈企業

人形機器人人關節模組企業有很多，包括旋轉關節模組、線性關節模組，如泰科機器人、同川精密、零差云控、紐格爾、宇智動力、睿研智控、眾擎機器人等。

泰科機器人是一家自主研發生產機器人關節模組、協作機器人、伺服驅動器等機器人部件的企業，如HJR系列帶力控旋轉關節模組，專為人形機器人應用研發，提供定制化服務，集行星滾柱絲杠、電機、編碼器、拉壓力傳感器于體，具有強大推力，性能強勁，穩定可靠；精巧結構設計，整體輕量化程度進一步提升；多種規格，快速組裝人形機器人，大幅縮短開發周期。最大推力可以達到8000N，最大速度400mm/s，最大行程96mm，自重輕至0.5kg。

同川精密從事機器人及智能裝備核心部件的研發、生產和銷售。近日在某機器人展上，該公司就展出了其機器人關節模組，同川精密表示，其機器人關節模組具有高開放度，支持EtherCAT通訊協議；高硬件適配性，采用雙磁性編碼器、配置制動器；全閉環控制，可提供高精度的傳動表現、及超強的抗過載能力等特性。公司全系列機器人關節模組可用于頸部旋轉、俯仰，肩部三個方向旋轉，肘部旋轉，腕部旋轉。

零差云控表示，一款機器人可以使用到26個公司的eRob系列關節模組，eRob系列關節模組內含扭矩傳感器、輸出端多圈絕對值編碼器、精密諧波減速機、無框力矩電機、摩擦式制動保持器、電機端絕對值編碼器、直流驅動器，支持EtherCAT、CANopen、Modbus等多種通信協議，體積小、高度低。其最新升級的直筒I型機器人關節eRob 90I V6長度縮短23mm，重量減少244g,增速起動扭矩降低2.94Nm，相同工況下連續運行3小時溫升降低近10℃。

其上游伺服驅動、力矩電機、減速器、力矩傳感器、編碼器、空心杯電機、觸覺傳感器等企業有哪些呢？如伺服驅動企業有峰昭科技、雷賽智能、英威騰、固高科技、泰科機器人、研控自動化、高創傳動、華成工控、橫川機器人、拓邦股份、德昌電機、匯川技術、泰格運控；力矩電機企業有雷賽智能、大族電機、小象電動、泰科機器人、步科電器、零差云控、匯川技術；減速器企業有科盟創新、杉川諧波、同川精密、德鎂精密、西格傳動；

力矩傳感器企業有耐特恩、海伯森、宇宏敏芯、鑫精誠、安培龍、華力創、力準傳感、科普瑞、藍點觸控；編碼器企業有睿研智能、步科電氣、零差云控、兆威機電、匯川技術、原相科技；空心杯電機企業有雷賽智能、鳴志電器、兆威機電、五顆星馬達、唯川科技、金源機電、拓邦股份、雙環全新、鑫寶達、萬至達電機；觸覺傳感器企業有帕西尼、鈦深科技、越疆科技、松果體、墨現科技、力感科技、紐迪瑞等。

人形機器人用到多種力傳感器，以實現精準力控、平衡穩定和安全防護等功能，如多維力傳感器、扭矩傳感器。宇宏敏芯近日在某機器人展會上展出了多款六維力傳感器產品，如YHD75-200-5L，該多維力傳感器用于力和力矩的測量主要面向于機器人應用、高等教學領域等，傳感器內置高精度信號采集通訊模塊可以實現RS485/RS232/ETHERCAT等數字信號或模擬量輸出。檢測力在空間作用的全部信息，其測量精度高、反應靈敏、長期穩定性好、抗沖擊性強、適用廣泛，且響應速度快。

其YHD60-150扭矩傳感器主要面向于機器人應用、高等教學領域等。有多種量程可供用戶選擇，傳感器內置信號采集通訊模塊。該扭矩傳感器有高剛性和抗過載能力，且零點漂移小、抗彎矩能力強、正反對稱性好、受徑向力影響小、靈敏度高，且安裝簡單，特別適用于機器人關節的扭矩測量。

鑫精誠可以為人形機器人各個部位提供各種傳感器，如靈巧手用單維微型壓力傳感器、微型六維力傳感，手腕、腳踝用六維傳感器，各關節用扭力傳感器。鑫精誠也是國內最早關注病研發六維力傳感器的企業之一，可以提供世界最小應變式六維力傳感器（直徑僅9.5mm),在國內可以提供原理最全的六維力傳感器，包括電阻應變式、石英壓電式、MEMS等。

寫在最后

人形機器人關節模組是連接機器人各部分、驅動和控制動作的關鍵組件，其組成結構因關節類型不同而有所差異。旋轉關節模組是讓人形機器人關節進行旋轉運動的裝置，線性關節模組將電機輸出的旋轉運動轉化為伸縮式直線運動。人形機器人各關節的靈活性如何，離不開內部電機、傳感器等各個部件的共同作用。

因此可以看到，人形機器人關節模組上游產業鏈企業都在積極推進產品創新，來共同促進人形機器人技術升級，比如說靈巧手，除了電機的不斷優化來使其手指關節更靈活，相關企業也在積極設計更適合的觸覺傳感器來提升靈巧手的觸感能力，來提升靈巧手的精細作業能力。