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机器人零件：科技引擎的核心组件

更新时间：2025-04-01

在科技飞速发展的当下，机器人正从科幻作品的想象走进现实生活的方方面面。从工业生产线上高效作业的机械臂，到服务于家庭的智能扫地机器人，再到探索危险环境的特种机器人，机器人的身影无处不在。而在这些功能各异、形态万千的机器人背后，是一系列精密复杂、协同工作的零件，它们如同机器人的 “器官”，赋予了机器人感知、运动与决策的能力。深入了解机器人零件，对于把握机器人技术的精髓、推动机器人产业的发展具有关键意义。

执行器：运动的动力源泉

执行器堪称机器人运动系统的核心部件，在机器人整体零部件价值量中占比高达 70% ，如同人类的肌肉，负责将电能或其他形式的能量转化为机械运动，驱动机器人的关节和肢体完成各种动作。执行器主要分为线性执行器、旋转执行器以及灵巧手这几类。

线性执行器能巧妙地将旋转运动转变为直线运动，广泛应用于机器人腕部、肘部、膝部、踝部等关节以及其他需要直线运动的部件。它通常由无框力矩电机、滚柱丝杠、力矩传感器、编码器和轴承等组成。其中，行星滚柱丝杠作为线性执行器的关键零件，通过滚柱与丝杠、螺母之间的螺纹啮合传动来传递动力，进而把伺服电机的旋转运动高效转化为直线运动。与常见的滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠优势明显：它拥有更多的接触点，使得其静态负载能力可达滚珠丝杠的 3 倍，寿命更是延长至 15 倍；在刚度和抗冲击能力上也更胜一筹，能够承受更高的转速和加速度，并且螺距设计范围更广，可实现更小的导程。不过，行星滚柱丝杠的制造工艺极为复杂，其核心工艺包含螺纹磨制和螺母内滚道磨制，尤其是反向式行星滚柱丝杠，对设备精度和加工工艺要求近乎苛刻，需历经热处理、车削、磨削等 10 - 20 余道工序，制造精度达到 P1 级，这也使其成为机器人零部件中技术壁垒极高、国内亟待攻克的关键部分。

旋转执行器则承担着使机器人关节产生旋转动作的重任，常见于肩部、髋部等关节以及需要旋转运动的部位。它的构成包括无框力矩电机、减速器、力矩传感器、编码器和轴承。无框力矩电机具有独特的结构优势，它没有传统电机的轴、轴承、外壳、反馈装置或端盖，仅由定子和转子组成，这使得它质量轻、体积小、集成度高，响应速度快且能效出色，特别适合在中低速场景下提供高扭矩输出，与人形机器人对快速响应和大力矩的需求完美契合，因此在人形机器人的线性关节和旋转关节中得到广泛应用。不过，在磁路和工艺设计方面，无框力矩电机存在一定技术难题，需要在低压供电条件下实现更大功率输出，并且当前全球市场规模相对较小，国外企业在技术上处于领先地位。

灵巧手作为机器人的末端执行器，可谓是精妙绝伦的设计。它模仿人类手部的结构与功能，能够实现对物体的灵活抓取、精确的力矩控制以及力觉反馈等复杂操作。为了实现与周围环境的有效交互，灵巧手集成了触觉传感器、力矩传感器、视觉传感器等多种传感器，内部由空心杯电机、减速器、丝杠、腱绳、触觉传感器等零件构成。空心杯电机凭借其体积小、重量轻、响应迅速、效率高等特性，在灵巧手中得到大量应用。尽管其价格相对较高，但随着市场采购量的不断增加，具备显著的成本下降空间。以特斯拉人形机器人为例，随着其灵巧手自由度的提升，空心杯电机、减速器等部件的使用数量大幅增长，使得灵巧手在整个机器人价值构成中的占比持续攀升。

减速器：精准传动的保障

减速器在机器人系统中扮演着连接动力源和执行装置的重要角色，宛如机器人的 “传动齿轮箱”。它的主要任务是将动力源输出的高转速降低到机器人各关节所需的合适速度，同时增加扭矩，以满足机器人对动力输出的严格要求，在人形机器人的整体价值构成中占据较高比例。优质的减速器能够确保稳定的传动和极高的定位精度，这对于保障机器人运动的稳定性和准确性起着决定性作用。在人形机器人领域，主要应用的减速器类型包括谐波减速器、RV 减速器和行星减速器。

谐波减速器由柔轮、波发生器、钢轮三个关键部件构成，具有体积小巧、重量轻盈、传动比大等突出优点，在人形机器人的肘关节、腕关节等对精细操作要求极高的部位应用广泛。然而，谐波减速器方案通常需要借助力矩传感器来实现精确的力控，这导致其结构更为复杂，成本也相应增加。并且，在数理模型构建、齿形设计以及材料加工等方面，谐波减速器存在较高的技术门槛。在国内，绿的谐波成功打破了国际品牌在机器人谐波减速器市场的长期垄断局面。其核心团队自 2003 年便投身于谐波减速器的深入研究，逐步构建起坚实的技术壁垒，如今业务已拓展至机电一体化等多个产品领域，并与众多知名厂商建立了合作关系。

RV 减速器采用两级减速结构，融合了渐开线行星齿轮传动和摆线针轮行星传动，是一种高精度的行星齿轮减速器。它结构复杂、体积较大，但具备高负载能力，特别适用于重负载精密减速的应用场景，常见于机器人的基座、大臂等部位，其价格也是三种减速器中最贵的。由于 RV 减速器结构复杂，制造工艺要求极为严格，相比谐波减速器，无论是技术难度还是投资门槛都更高。

行星减速器由中心轮、行星轮、行星架和机架组成，具有结构简单、体积小、重量轻、承载能力强、传动效率高（可达 95% 以上，远高于谐波减速器的 70% 和 RV 减速器的 80%）、传动精度高（小于 180，与 RV 减速器和谐波减速器的小于 60 精度相当）、使用寿命长（大于 20000 小时，远超谐波减速器的 8000 小时和 RV 减速器的 6000 小时）、运动平稳、噪音低等诸多优点，并且具有功率分流和多齿啮合的独特特性，能够输出较大的扭矩。行星减速器多用于直角坐标机器人以及传统工业自动化领域。国内的绿的谐波、中大力德、丰立智能等供应链企业，不仅同时掌握了行星减速器和谐波减速器的制造技术，还通过滚插路线实现了大规模量产，有效降低了生产成本。

传感器：感知世界的触角

传感器是机器人感知外界环境的关键窗口，如同机器人的 “五官”，通过它，机器人能够敏锐地获取周围环境的各种信息，进而做出合理的决策并执行相应动作。在人形机器人中，通常配备了多种类型的传感器，包括视觉传感器、听觉传感器、力传感器、运动传感器和触觉传感器等。

力传感器，尤其是六维力传感器，堪称机器人精准操作的 “得力助手”。它能够同时精确测量沿着三个坐标轴方向的力以及绕着这三个坐标轴方向的力矩，主要应用于机器人的手腕、脚腕等部位。六维力传感器价格昂贵，在人形机器人成本中占比较大，但对于机器人实现精准的力控制和精细操作至关重要。

视觉传感器，如常见的摄像头、激光雷达等，赋予了机器人 “视觉” 能力，使其能够 “看到” 周围的环境，从而实现目标识别、定位、导航等重要功能。以上海某专注于人形机器人视觉系统开发的公司为例，他们对未来人形机器人视觉系统的发展充满信心，预计定位精度将从当前的厘米级提升至毫米级，甚至有望达到 0.1 毫米的超高精度。

触觉传感器则模仿人类皮肤的感知功能，使机器人在与物体接触时，能够细腻地感知压力、纹理、温度等丰富信息，极大地增强了机器人操作的灵活性和准确性。在灵巧手等部位集成触觉传感器后，人形机器人能够更加逼真地模拟人类手部的精细操作。

电机：动力的核心供应者

电机作为机器人的动力源，恰似机器人的 “心脏”，为机器人的运动提供源源不断的动力。在机器人领域，常用的电机类型主要有伺服电机、无框力矩电机、空心杯电机等。

伺服电机具有 “绝对服从控制信号指挥” 的特性，在控制信号未发出时，转子保持静止状态。一旦接收到电信号，它能够精准地控制速度、位置和角度，具备控制精度高、响应速度快等显著优点，通常安装在机器人的关节部位，为机器人的精确运动控制提供有力保障。

前文在执行器部分已详细介绍过的无框力矩电机，作为一种特殊类型的永磁无刷同步电机，以其结构紧凑、质量轻、体积小、集成度高、响应快、能效高的优势，完美适配人形机器人的应用场景。

空心杯电机凭借体积小、重量轻、响应迅速、效率高的特点，在对电机尺寸和性能要求极为严苛的灵巧手等部位得到广泛应用。

以特斯拉擎天柱 Optimus 为例，其核心零部件的精妙组合和卓越性能，支撑着机器人完成各种复杂的动作和任务。随着科技的持续进步和成本的逐步降低，这些核心零部件将不断迎来升级迭代，为人形机器人的大规模应用和蓬勃发展筑牢根基。

从工业制造到医疗保健，从物流运输到家庭服务，机器人零件的性能与创新正深刻影响着机器人的应用范围与发展潜力。在政策支持与市场需求的双重驱动下，中国机器人产业虽已取得显著进展，但在核心零部件领域，如高精度伺服电机、先进传感器等方面，仍面临技术瓶颈与国产化水平不足的挑战。未来，随着材料科学、制造工艺与人工智能技术的融合创新，机器人零件将朝着更高精度、更强性能、更低成本的方向迈进，推动机器人从 “自动化助手” 向 “智能化伙伴” 加速转变，深度重塑人类生产生活的方方面面。

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