如何选择机器人驱动部件？理解一篇文章！(电动机，减速器)

电子爱好者网报道(文章 / 人形机器人伴随梁浩斌 AI 技术的爆发，逐渐从实验室进入大规模生产。Precedence Research 预测，2032 全球人形机器人市场规模每年都会超过 2000 亿人民币，2022 年至 2032 年度市场规模复合年均增长率将达到 33.3%。

从 2024 2000年以来，全球多家机器人公司推出了全新的人形机器人硬件产品，AI 在解决了人形机器人的运动稳定性问题之后，大模型和强化学习技术的应用，帮助人形机器人解决了运动算法的难题。 AI 能力的加入有机会真正实现“具体智能”。

对于现阶段还没有实现“身体智能”的人形机器人来说，驱动机器人运动的部件是核心部分。让我们简单分析一下目前市场上主流的机器人驱动部件，了解一下不同部件的选择差异。

人形机器人驱动核心

根据现有商品，根据动力源的不同，驱动机器人的运动执行器可以主要分为液压和电机。在机器人研究的早期阶段，一些气压驱动的机器人被广泛应用于工业自动化中，但对于人形机器人来说，很难实现精确的控制和低效的驱动，因此逐渐被淘汰。

国内外都有液压驱动机器人的研究，著名的波士顿动力。 Atlas 采用液压驱动机器人，国内相关研究主要在大学实验室进行。另外，近几年还有波兰 Clone Robotics 公司利用水电驱动，利用电泵和微型阀门，在一定压力下将液体输送到人造肌肉和血管系统，驱动机器人肌肉系统运动。液力驱动结构紧凑，输出功率大，但维修和制造成本相对较高，目前波士顿动力新一代 Atlas 机器人已从液压驱动转变为电驱动。

而且电动机能够实现精确的位置、速度和扭矩控制，这对于模仿人类复杂的关节运动和保持稳定的平衡尤为重要。同时，电动机的能量转换效率极高，自身部分电动机的功率密度也较高，可以方便地应用于人形机器人较小的结构空间。在成本方面，大规模生产电机的成本要低于其它驱动形式。总的来说，电机已经成为人形机器人的主流驱动核心，因为它更适合人形机器人对动态性能、可扩展性和商业可行性的综合需求。

然而，电机直接驱动不能满足机器人各种关节的扭矩需求。因此，在具体的机器人应用中，驱动执行器不仅需要电机，还需要减速器、螺杆、编码器和力传感器。

现在人形机器人中常见的电动机可以分为扭矩电动机、空心杯电动机、无框扭矩电动机和永磁同步电动机。

力矩电机：结构采用定子和转子轴向排列，体积大但轴向尺寸紧凑；低速高扭伤害输出，可直接驱动，适用于快速起停和精确控制。由于直接驱动的特点，扭矩电机适用于人形机器人的髋关。

无框力矩电动机：与扭矩电机相比，无框扭矩电机简化了外壳结构，只提供定子和转子，电机需要嵌入机器人的机械结构中。一般来说，紧凑的关节模块需要与谐波减速器和编码器组成。这种电机的优点是扭矩密度大，排热也可以与机器人结构一起提高，散热效率上限高，空间利用率高，精度高。在人形机器人中，无框扭矩电机用于灵巧的手和膝盖骨。

空心杯电机：转子采用空心杯形绕阻，无铁芯设计，重量极轻；惯性扭矩仅为传统电动机 1/10，响应速度极快；没有铁损，能量转换效率可以达到 90% 以上。总而言之，它具有超轻量化、响应快、噪音低、无齿槽效应、效率高等优点，缺陷则输出扭矩小，过载易烧坏，成本高。因此，空心杯电机适用于医疗微型手术器械、昆虫仿生机器人等一些小扭矩场景。在人形机器人上，空心杯电机也广泛应用于灵巧的手中。

永磁同步电动机：这是一种应用广泛的电机类型，用于新能源汽车和两轮电动汽车。主要结构是嵌入永磁体的转子和三相绕组的定子，需要复杂的算法来定向控制磁场。但优点明显，扭矩密度大，精度高，效率大于 95%，永磁同步电机将用于机器人领域，如工业机器人的机械臂、轮足机器人轮毂驱动部分。

在机器人中，减速器是连接电机执行机构的关键部件，其核心作用是将电机的高速低扭矩输出转换为低速高扭矩输出，从而满足机器人关节对精确运动控制、高负荷能力和稳定性的需求。减速器主要有四种类型:

谐波减速器：它由波发生器、柔性轮和刚性轮组成，通过弹性变形传递运动，具有精度高、减速比高、体积小、重量轻等优点。缺点是柔性轮子容易疲劳，长期轻载可能会影响寿命。主要用于手臂、手腕等关节。

RV（Rotary Vector 旋转矢量)减速器：由二次降速(行星齿轮) 摆线针轮)构成，具有高刚度、高扭矩、高性能的优点；缺点是体积大。RV 减速器主要用于重型机器人底座关节，在工业上应用广泛。

行星减速机：它由中央太阳轮、行星轮和外齿轮组成，多级齿轮啮合。精度和负载能力适中，成本低，结构简单；缺点是容易磨损。适用于轻型机械臂、服务型机器人等中小型机器人。

摆线针轮减速器（Cycloidal Drive）：就是利用摆线盘和针齿的齿合来实现减速，具有减速比高、扭矩密度高、抗冲击性强的优点，但是加工难度大，成本高。

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