電子發(fā)燒友網報道（文/李彎彎）人形機器人關節(jié)模組是其運動系統(tǒng)的核心部件，決定了機器人的靈活性、精度、負載能力和動態(tài)響應性能。關節(jié)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(jié)模組主要有旋轉關節(jié)模組和線性關節(jié)模組，旋轉關節(jié)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(jié)模組的關鍵技術

人形機器人關節(jié)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(jié)的主流動力源。其設計優(yōu)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(fā)熱，滿足機器人關節(jié)高動態(tài)響應的需求。

空心杯電機在靈巧手等末端執(zhí)行部件中，憑借體積小、響應快、功率密度高的特點，實現(xiàn)了手指關節(jié)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(xiàn)高減速比傳動，具有體積小、傳動比大、精度高的優(yōu)勢，適用于手臂、腰部等需要靈活運動的關節(jié)。其傳動效率可達90%以上，且背隙小，保證了運動的平穩(wěn)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(jié)。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(zhí)行器的核心部件，通過多滾柱與絲杠的滾動接觸實現(xiàn)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(shù)萬小時，適用于重載工況下的關節(jié)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(jié)的扭矩監(jiān)測，六維力矩傳感器則安裝在手腕和腳踝，實現(xiàn)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(wěn)定性。

編碼器提供高精度位置反饋，支持關節(jié)模組的閉環(huán)控制。高分辨率磁編碼器通過磁場變化實現(xiàn)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(tǒng)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(xié)議，關節(jié)模組實現(xiàn)了與主控系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)交互。實時位置、速度、電流等數(shù)據(jù)的反饋，支持了機器人復雜運動任務的精確執(zhí)行。

人形機器人關節(jié)模組及上游產業(yè)鏈企業(yè)

人形機器人人關節(jié)模組企業(yè)有很多，包括旋轉關節(jié)模組、線性關節(jié)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(fā)生產機器人關節(jié)模組、協(xié)作機器人、伺服驅動器等機器人部件的企業(yè)，如HJR系列帶力控旋轉關節(jié)模組，專為人形機器人應用研發(fā)，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(wěn)定可靠；精巧結構設計，整體輕量化程度進一步提升；多種規(guī)格，快速組裝人形機器人，大幅縮短開發(fā)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(fā)、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(jié)模組，同川精密表示，其機器人關節(jié)模組具有高開放度，支持EtherCAT通訊協(xié)議；高硬件適配性，采用雙磁性編碼器、配置制動器；全閉環(huán)控制，可提供高精度的傳動表現(xiàn)、及超強的抗過載能力等特性。公司全系列機器人關節(jié)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(jié)模組，eRob系列關節(jié)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(xié)議，體積小、高度低。其最新升級的直筒I型機器人關節(jié)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(xù)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(yè)有哪些呢？如伺服驅動企業(yè)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(chuàng)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(yè)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(yè)有科盟創(chuàng)新、杉川諧波、同川精密、德鎂精密、西格傳動；

力矩傳感器企業(yè)有耐特恩、海伯森、宇宏敏芯、鑫精誠、安培龍、華力創(chuàng)、力準傳感、科普瑞、藍點觸控；編碼器企業(yè)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(yè)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(huán)全新、鑫寶達、萬至達電機；觸覺傳感器企業(yè)有帕西尼、鈦深科技、越疆科技、松果體、墨現(xiàn)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(xiàn)精準力控、平衡穩(wěn)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(xiàn)RS485/RS232/ETHERCAT等數(shù)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(wěn)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(jié)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(jié)用扭力傳感器。鑫精誠也是國內最早關注病研發(fā)六維力傳感器的企業(yè)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(jié)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(jié)類型不同而有所差異。旋轉關節(jié)模組是讓人形機器人關節(jié)進行旋轉運動的裝置，線性關節(jié)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(jié)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(jié)模組上游產業(yè)鏈企業(yè)都在積極推進產品創(chuàng)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(yōu)化來使其手指關節(jié)更靈活，相關企業(yè)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(yè)能力。