2025年人形机器人行业专题报告：变革前夜，旋转vs直线，关节模组还有哪些机会？硬件、工艺及设备

01 人形机器人一体化关节：本体方案及供应商的供需适配性如何？

“需求”：头部机器人本体厂关节模组方案

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。最高关节扭矩达 400Nm，最高转速达25rad/s。

“供给”：部分供应商模组产品方案拆解

我们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，主要厂商包括中大力德、昊志机电、绿的谐波、禾川科技等 ；直线关节模组可分为滚珠/滚柱/灵巧手用丝杠，主要厂商包括新剑传动、捷昌驱动、狄兹精密、禾川科技等。

本体核心硬件：旋转关节 vs 直线关节

线性执行器将电机的旋转运动转换为直线运动输出，具有较好的支撑性 能和承重性能，主要用于高负载且运动旋转角度较小的场景，例如膝部、 肘部，脚踝等部位。

旋转执行器可实现绕单轴旋转，输出旋转运动，使人形机器人可以完成各种角度的旋转动作，通常应用在需要高扭矩的关节处，例如肩关节、腰部、髋关节等。

旋转关节 vs 直线关节：应用、构成及成本拆分

旋转执行器可实现绕单轴旋转，输出旋转运动，使人形机器人可以完成各种角度的旋转动作，通常应用在需要高扭矩的关节处，例如肩关节、腰部、髋关节等。从成本来看，旋转执行器中，谐波减速器、扭矩传感器、无框力矩电机成本占比相对较高，分别为 36.0%、30.0%、13.5%，合计占旋转执行器成本的 79.5%；

线性执行器将电机的旋转运动转换为直线运动输出，具有较好的支撑性能和承重性能，主要用于高负载且运动旋转角度较小的场景，例如膝部、肘部，脚踝等部位。线性执行器中，行星滚柱丝杠、力传感器、无框力矩电机的成本占比较高，分别为 64.2%、16.1%、7.2%，合计占线性执行器成本的 87.5%。

02 旋转执行器：高精度行星/摆线针轮/谐波减速器

精密减速器：分类及参数对比

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。

精密行星减速器：单级/多级实现减速，方案成熟，多级体积空间较大

精密行星减速器定义：精密行星减速器是一种具有高精度传动特性的机械传动装 置，其核心工作原理基于行星齿轮传动结构。它通过多个行星齿轮围绕中心太阳 轮和外齿圈啮合运动，实现动力的传递与速度、扭矩的转换。 分类：可分为单级和多级，其中，单级仅包含一级减速齿轮，减速比通常较低 （10以内），结构简单、效率高，但精度低；多级可能有2-4级，可以实现100及以 上的减速比和高精度，但缺点是体积大、长度较长。

精密行星减速器加工工艺改进：数控机床+精密刀具，适配薄壁内齿

内齿加工难点：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。 加工工艺：有插齿和拉削两种，其中，设备：可以将传统的普通精密车床升级为数控车床；刀具：可以使用内齿圈拉刀、内齿圈插刀。工艺创新：由于传统加工方法存在拉刀等刀具的尺寸在有限空间内难以实现作业、灵活性和可操作性太差等缺点，相对应地，出现一些新的工艺路径，包括滚插、车齿等。 1）滚插工艺：能实现连续切削；可实现干式切削代替湿式切削，节省了切削液成本及切削液的处理成本。2）车齿工艺：可以实现连续切削；没有让刀运动，加工效率较高。

摆线针轮减速机：减速结构及工作原理

概念：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。 工作原理： 1）第一级减速：伺服电动机旋转-输入齿轮传动至直齿轮（输入齿轮和直齿轮的齿数比为减速比），曲柄轴直接连接在直齿轮上，与直齿轮旋转数一致；曲柄轴的偏心部中，通过滚针轴承安装了2个RV齿轮，目的是取得力的平衡；随着曲柄轴的旋转，偏心部中安装的2个RV齿轮也跟着做偏心运动（曲柄运动）; 2）第二级减速：在壳体内侧的针齿槽里，比RV齿轮的齿数多一个的针齿槽等距排列，曲柄轴旋转一次，RV齿轮与针齿槽接触的同时作一次偏心运动（曲柄轴运动），RV齿轮沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向旋转一个齿轮距离，借助曲柄轴在输出轴上取得旋转。曲柄轴的旋转速是根据针齿槽的数量来区分的。 3）输出结果：通过上述两级减速，实现总减速比=第1级减速的减速比x第2级减速的减速比。

科盟创新/科达利：减速器产品更新加速

以科盟创新为例，2025年4月发布七款机器人传动技术产品，涵盖轻量化、结构紧凑、扭矩/重量比与高精度&高负载稳定性四大技术方向，包括5款谐波及一款摆线和一款关节模组（铝钢复合减速机、PEEK轻量化谐波减速机、具扭力限制谐波减速机、PEEK轻量化摆线减速和薄型马达关节模块）；2025年7月-8月，公司在上海WAIC与北京WRC两站展会中发布了迭代产品，包括3款谐波+2款摆线减速器+薄型关节模组（薄型马达关节模组、无框马达关节模组、铝钢复合谐波减速机、PEEK复合材料轻量化谐波减速机、PEEK-CF复合轻量化谐波减速机（碳纤增强版）、PEEK复合轻量化摆线减速机，以及铝钢轻量化摆线减速机）。

03 线性执行器：方案、工艺及机床设备

线性执行器应用：大尺寸滚柱/小尺寸滚珠/灵巧手用丝杆，存在多种方案

通过整理部分公司现有的线性执行器产品，我们认为，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），轴向安装距离在62mm、行程10mm；手臂用线性执行器可采用滚珠或滚柱的方案，轴向安装距离在150-220mm，推力可实现150/500-650/4000N。

滚珠丝杠：加工工艺及加工难点

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。 磨削成型：砂轮高速回转切削，工件绕自身轴线做螺旋运动，从而磨削出内滚道螺旋槽。砂轮磨杆与螺母轴线之间的夹角等于螺母的螺旋升角，螺母绕其轴做旋转运动，而砂轮系统沿轴向进给。 加工中可能产生的问题：1）随着螺旋升角的增加，砂轮磨杆与螺母的端面发生干涉；2）滚珠螺母的普通加工方式将加工螺母外圆、端面和螺母滚道分布在不同类机床上进行，螺母加工工艺经过多次基准的转换，使得各相关位置精度误差增大，尤其是螺纹轮廓的尺寸精度、对称度等无法保证，导致装配后滚珠丝杠副精度降低等。

行星滚柱丝杠：下一代高承载产品

行星滚柱丝杠的结构与滚珠丝杠较为类似，包括丝杠、行星滚柱、保持架、内齿轮和螺母等，其中滚动元件为行星滚柱而非滚珠丝杠中的滚珠。滚柱通过保持架均匀的分布在丝杠、螺母之间，为了防止滚柱相对于螺母发生轴向窜动的现象，保持架与螺母之间轴向方向相对固定，另外滚柱两边加工有直齿轮，目的是为了避免滚柱相对于螺母的滑动而产生零件偏斜现象。当丝杠旋转时，滚柱通过与丝杠之间的螺纹啮合一方面会沿着丝杠轴线方向作直线运动，另一方面会在丝杠、螺母之间作行星运动，而螺母则通过保持架使其与滚柱之间无相对轴向位移，因此螺母与滚柱保持着相同的轴向移动速度。

磨削工艺：粗磨-半精磨-精磨-终磨实现加工精度

磨削原理：螺纹磨削原理如中间图(a)所示，试件绕工件主轴 B 轴做低速回转运动并随工作滑台沿 Z 轴做轴向进给运动。砂轮绕砂轮电主轴C轴做高速回转运动并随砂轮水平滑台沿 X 轴径向进给；砂轮回转架带动砂轮绕 A 轴摆动形成试件的螺旋升角。试件和砂轮在机床内的耦合运动使内外螺旋面得以生成。螺纹磨床常见内部结构图如图 (b)、(c)所示，由于螺母内螺纹成形的特点，砂轮通过磨杆与砂轮电主轴连接进行内螺纹的加工。国内PRSM 螺纹磨削过程一般经四个阶段，粗磨阶段快速去除大部分余量；在半精磨阶段达到一定的加工精度并留出加工余量；经过精磨后，试件已接近最终的加工精度；最后通过终磨达到试件图纸要求的加工精度和表面质量。

车削：以车代磨的可行性

针对磨削加工工序复杂、对砂轮品质要求高、生产能耗大、会产生粉尘污染等问题，难以满足精密 PRS 的制造需求，车削作为一种新的加工技术开始应用。特别是在传统的航空航天及军事工业领域，数控车床的应用更是占据特殊地位，最突出的应用是以车代磨技术和车铣复合加工技术。 车削定义：指使用超硬刀具对硬度高于 50HRC 的材料进行精密切削的加工工艺，通常使用的刀片材料为硬质合金、陶瓷、PCBN 与金刚石等。可简化成刀具在丝杆表面沿螺旋线切削出成型槽，经历数次走刀最终切削出完整的螺纹轮廓，其加工特点是精度要求高、被加工的工件材料硬度高、每次进刀的吃刀量较小。 车削优势：硬车削的加工效率是普通磨削加工的 4 ～ 6 倍，所消耗的能量是普通磨削加工的 1/5。硬车削往往采用大的背吃刀量、高的主轴转速，其金属切除率通常是磨削加工的 3 ～ 4 倍。车削加工时一次装夹可完成多种表面加工，辅助时间短，表面间位置精度高。使用 PCBN 刀具精车获得的表面粗糙度可达到0.32μm，相当于半精磨水准；在一台机床上就能完成毛坯到成品的加工，大大提升了加工效率；表面残余应力分布更加均匀，增加了螺纹部件的疲劳寿命；加工过程中无需冷却液，降低对环境的污染与资源的浪费。

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编辑：火腿肠