2025年人形机器人行业系列报告（四）：执行器之旋转关节，关注摆线减速器的应用

一、旋转关节是关键，准直驱驱动器路线渐成主流

旋转关节是人形机器人的关键关节

关节执行器即机器人一体化关节 1.1 行业回顾：今年以来建筑板块表现优于大盘 ，是影响机器人硬件成本和运动性能的关键部分。关节执行器是驱动机器人执行机构运动 的组件，通过将电机的旋转运动转化为驱动连杆机构运动，又被称为驱动器或关节模组。据《2024人形机器人产业链白皮 书》测算，2023年三大执行器（旋转执行器、线性执行器、灵巧手）价值量占特斯拉Optimus价值量的73%。 线性执行器是将旋转运动转换为直线运动输出，而旋转执行器则是输出旋转运动。目前国内人形机器人关节多为旋转关节，代表厂商有优必选、宇树科技、傅利叶、小米等。

与线性执行器相比，旋转执行器的控制算法相对简单，成本较线性执行器低。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。

准直驱驱动器技术路线逐渐成为旋转关节主流方案

准直驱驱动器技术路线逐渐成为旋转关节主流方案。2021年4月丁宏钰等著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,准直驱驱动 器主要由高扭矩密度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。准直驱驱动器含义是依靠驱动器电机开环力控，不依赖于附 加力或力矩传感器，就可以本体感知机器人脚部和外界的交互力，也被称为本体驱动器。设计的初衷是提高驱动器的扭矩密度，瞬 间响应性和抗冲击能力，同时降低成本。

准直驱驱动器巧妙融合了刚性驱动器与弹性驱动器的优势，具有功率密度高，力控带宽大，抗冲击能力强等优点，成为近年来人形 机器人旋转关节的主流技术方案，在很多产品得到应用，如宇树科技的H1、小米的Cyberone等。准直驱驱动器通过优化结构设计与 控制算法，在确保关节性能的前提下，有效降低了制造成本与系统复杂度。它采用低减速比的减速器，使整体结构更为紧凑，同时 利用电流环进行力控，节省了力矩传感器的使用成本。基于成本、技术性能与软硬件耦合等多方面的考量，各家人形机器人厂商在 驱动器部件选用细节上存在一定的差异。

从代表厂商披露的执行器方案来看，主要以刚性驱动器（TSA）方案和准直驱驱动器（PA/QDD）方案为主。

二、精密减速器是旋转关节核心零部件，摆线针轮有望应用于人形机器人

精密减速器是旋转关节核心零部件

减速器是连接电机和执行机构的中间机构，主要功能是降低转速、增加输出扭矩。减速器通常由齿轮传动、蜗杆传动或齿轮-蜗 杆复合传动机构封装于刚性壳体内，作为电机与执行机构之间的中间连接部件。精密减速器是一种高精度、高可靠性的传动装 置，具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点，能够对机械传动实现精准控制，主要用于机器人、半导体设备、高端机 床等高端制造领域。

精密减速器是旋转关节核心零部件。旋转执行器通常由电机、减速器、编码器、传感器、驱动器、轴承等组成。

谐波减速器具有精度高、体积小等优点

谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成。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。其工作原理通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式，当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生 弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开 状态，当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动，从而实现波发生器与柔轮的运动传递。

谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量轻、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点。且与一般减 速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少 2/3，重量可减轻 1/2，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强 优势。

行星减速器：行星轮通过与太阳轮和内齿圈的啮合实现传动

行星减速机主要由太阳轮、行星轮、内 齿圈和行星架等关键部件组成。据2025 年4月马群博等著《行星减速机行星轮开 裂故障诊断分析》，行星轮通过与太阳 轮和内齿圈的精密啮合，实现动力的高 效传递和速度的灵活调整。行星轮的结 构设计对其整体性能有着至关重要的影 响，其材料通常选用高强度合金钢，以 有效承受高扭矩和冲击载荷。在几何形 状设计方面，行星轮的齿廓需要经过极 其精密的计算，以确保与太阳轮和内齿 圈的最佳啮合状态，从而显著提升传动 效率。此外，表面处理技术如渗碳淬火 等也被广泛应用，以提高其耐磨性和抗 疲劳性能。

RV减速器

RV减速器主要包括正齿轮、输入齿轮、RV齿轮、输出轴、针齿等结构。RV 减速器是由渐开线圆柱齿传输线行星减速器构和摆线 针轮行星减速器构两部分组成。据《智能制造装备产业专利分析预警报告》，第一级减速的形成执行电机的旋转运动由齿轮轴传递 给两个渐开线行星轮，进行第一级减速；第二级减速的形成行星轮的旋转通过曲柄轴带动相距180°的摆线轮，从而生成摆线轮的 公转；同时由于摆线轮在公转过程中会受到固定于针齿壳上的针齿的作用力而形成与摆线轮公转方向相反的力矩，也造就了摆线轮 的自转运动，这样完成了第二级减速；运动的输出通过两个曲柄轴使摆线轮与刚性盘构成平行四边形的等角速度输出机构，将摆线 轮的转动等速传递给刚性盘及输出盘。

摆线针轮减速器高承载，结构复杂

精密摆线减速器是利用摆线针轮啮合原理，通过偏心运动将输入轴的旋转转化为摆线轮的圆周往复摆动，再通过针轮传递输 出动力。据2022年3月林江海等著《工业机器人用精密减速器研究现状》，摆线针轮行星减速器承载能力大，因此被广泛应 用于如矿山、化工和起重等工程机械领域。

摆线针轮减速器是由一级渐开线齿轮传动和二级摆线针轮传动组成。据2024年6月翟进著《摆线针轮减速器两级齿廓修形分 析及其对振动特性的影响》，摆线针轮减速器减速原理为：由中心轮输入带动行星轮自转同时绕着中心轮旋转，将转速传递 至曲柄轴带动摆线轮做偏心运动，最终由输出盘输出转矩。

目前主流方案为“谐波+行星”，摆线针轮有望应用于人形机器人

摆线针轮减速器较行星减速器精度更高，较谐波减速器负载能力更强，有望用于人形机器人关节。当前人形机器人关节模组以行 星、谐波减速器方案为主；1）行星方案：高传动效率（>90%），良好的扭矩传递刚性，但传动精度较低（180~300 角秒）。2）谐 波方案：传动精度较高（通常<60 角秒），但传动效率较低（一般65~80%），由于柔轮的非线性变形特性，扭矩控制的线性度与响 应透明度受限，长期重载可能影响寿命。

摆线减速器方案具有传动精度高、承载能力强等特点，较行星减速器精度更高、较谐波减速器负载能力更强、较RV减速器体积重 量更小，有望应用于人形机器人关节。科盟创新推出的新型摆线减速器采用了PEEK复合材料主体结构，使得空间压缩30%，抗冲 击能力提升200%，适配紧凑型高负载任务。

三、布局减速器的代表公司

绿的谐波

绿的谐波为国内谐波减速器龙头。近年来，公司针对人形机器人等行业的新兴需求，聚焦谐波减速器的轻量小型化技术突破，同等 出力情况下减重30%以上。同时开发出灵巧手适用微型谐波减速器，颠覆了传统谐波的加工工艺路线。

绿的谐波为头部具身智能机器人企业的核心供应商。2024年，公司完成了年产50万台精密减速器的扩产项目的相关智能化产线的建 设调试工作和达产工作，并计划于2025年实现产能的稳步爬坡，目前，该项目已进入全面达产阶段，生产效率和产品良率均达到预 期目标。近年来，公司在具身智能机器人核心关节部件领域取得重要突破，自主研发的高扭矩密度谐波减速器和一体化关节模组， 已在国内具身智能机器人产业链占据领先地位，成为多家头部具身智能机器人企业的核心供应商。同时，公司的精密传动解决方案 已广泛应用于服务机器人、医疗机器人等高精度场景，进一步巩固了在机器人核心零部件行业的技术优势。

中大力德

中大力德以精密减速器、减速电机等核心零部件及智能执行单元组件为主要产品，形成了减速器+电机+驱动一体化的产 品架构。公司相继推出精密行星减速器、RV 减速器、谐波减速器等产品，推出“精密行星减速器+伺服电机+驱动”一体机 、“RV 减速器+伺服电机+驱动”一体机、“谐波减速器+伺服电机+驱动”一体机等智能执行单元模组化产品，实现产品结构 升级。2024年公司开展RVE系列摆线针轮减速器的研发，该产品加强了主轴承的强度，曲轴轴承的强度，可以在原有外形 及安装尺寸不变的情况下，提高承载能力及寿命。

报告节选：

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