人形机器人能否像人类一样流畅运动，关节电机发挥着至关重要的作用。这些精密电机如同机器人的“肌肉”，负责每个关节的精准转动和力量输出，将电信号转化为精确的物理动作。
从行走、奔跑跳跃到搬运物品，人形机器人的每一个动作都依赖于关节电机的高性能表现。随着人形机器人产业的快速发展，关节电机技术正成为突破机器人运动性能瓶颈的关键。
一、关键组成部分：三大核心元件协同工作
人形机器人关节电机系统主要由电机、减速器和传感器三大核心元件构成，共同完成动力转换与精准控制。
无框力矩电机是目前主流选择，它摒弃传统机壳，仅保留定子和转子，实现高度集成化。这种电机凭借低速大扭矩、体积小、结构紧凑的特点，完美契合人形机器人关节对高扭矩密度和轻量化的双重要求。
减速器作为关键传动部件，承担着增大扭矩、调节转速的重任。人形机器人主要采用谐波减速器和行星减速器两种方案。
谐波减速器体积小、精度高，适合空间受限且需要大扭矩的关节；行星减速器则结构简单、成本较低，适用于对效率要求高且空间相对宽松的关节。
传感器是实现精准运动控制的感知元件。六维力传感器能直接测量关节的力/力矩，实现高精度柔顺控制，目前已成为人形机器人的标配趋势。
而电流环传感器通过估算关节电流间接测量力/力矩，为成本敏感的应用提供了替代方案。
二、技术路线：三类驱动器方案对比
人形机器人旋转关节主要有刚性驱动器、弹性驱动器和准直驱驱动器三种技术路线。
刚性驱动器具有高扭矩输出和高精度的特性，在早期人形机器人研发中占据主导地位。它架构简洁，能为关节提供稳定强劲的动力，保证复杂任务执行的高度精确性与可靠性。
弹性驱动器通过引入弹性元件，大幅提升了关节的柔顺控制能力。这使得机器人在与环境交互时能更灵活地适应复杂工况，降低碰撞或冲击带来的损害。
不过，其控制算法复杂、硬件成本高，制约了产业化应用。
准直驱驱动器综合了刚性驱动器与弹性驱动器的优势，已成为主流技术方案。它采用低减速比减速器，使结构更加紧凑，同时利用电流环进行力控，节省了力矩传感器成本。
三、性能要求：功率密度与动态响应并重
人形机器人对关节电机的性能要求极为严苛，主要集中在高功率密度、高动态响应和低转动惯量等方面。
功率密度直接决定机器人的负载能力和运动性能。高功率密度意味着在相同体积和重量下，电机能输出更大扭矩。
例如，泉智博公司的PA系列行星伺服关节的峰值扭矩密度高达210Nm/kg，超越了国内头部公司的同类产品。
动态响应速度影响机器人的动作敏捷性。快速动态响应使机器人能够及时调整运动状态，应对复杂环境变化。
低转动惯量则使机器人关节能快速启停，实现精准的位置控制。
四、市场规模：增长潜力与未来预期
人形机器人关节电机市场正迎来快速增长期。QYResearch调研显示，2024年全球人形机器人关节电机市场规模约为1.58亿美元，预计到2031年将达到3.53亿美元，2025-2031期间年复合增长率为11.0%。
具体到无框力矩电机这一细分领域，增长更为显著。QYResearch数据显示，2024年全球人形机器人旋转关节用无框力矩电机市场规模约为1.37亿美元，预计2031年将达到6.51亿美元，期间年复合增长率高达24.9%。
从长期需求看，共研网预测五年后关节模组的需求量将增长至482万套，市场规模有望突破689亿元。这一数据表明，人形机器人关节电机市场具有巨大的增长潜力。
五、创新方向：轴向磁通与高度集成
面向未来，人形机器人关节电机正朝着轴向磁通电机和高度集成化方向创新发展。
轴向磁通电机采用盘式结构，相比传统电机具有高功率密度、高扭矩密度和高效率的显著优势。这种电机结构更薄，特别适合对空间和重量要求极高的人形机器人关节。
国内领先厂商盘毂动力已实现轴向磁通电机的规模化量产，其量产电机功率密度可达21kW/kg，产品功率覆盖63W至900kW。
高度集成化设计将电机、减速器、编码器与驱动器融合为一体，形成紧凑的一体化关节模组。例如，爱福纳公司的ValueDrive-56关节模组采用行星减速器结构，重量仅550克。
这种集成化设计有效解决了精度、自重与负载之间的平衡难题。
六、产业链现状：从“手搓”到自动化生产的过渡
当前人形机器人关节电机产业仍处于早期阶段，部分核心零部件尚未实现全面自动化生产。
“手搓”生产在人形机器人行业并非个例。即使是拥有成熟工业机器人核心零部件自动化产线的企业，其供给人形机器人的无框力矩电机仍依赖手工完成部分工序，如磁环外部的贴片工作。
自动化转型**面临成本考量。建立自动化产线的成本很高，企业需要权衡投入与产出。自动化投入的前提是产值提升后带来的物料成本下降能够覆盖设备投资。
随着市场需求放量，多家企业已开始积极布局自动化产线。双林股份通过定增募资约9.95亿元投入滚柱丝杠及关节模组产业化项目，达产后可年产100万套反向式行星滚柱丝杠和50万套线性关节模组。
七、标准化进程：统一规范促进产业发展
标准化是推动人形机器人关节电机产业化的重要支撑。2025年10月，国家标准项目《人形机器人电驱动一体化关节第1部分：旋转关节技术要求及试验方法》正式进入公示阶段，计划在18个月内完成制定。
该标准由中电科机器人有限公司、北京机械工业自动化研究所有限公司、上海微电机研究所等单位共同起草，旨在解决目前市场上产品形态五花八门、指标体系各自为政的问题。
同期，北京人形机器人创新中心牵头研制的《人形机器人电驱动一体化关节接口要求》团体标准也公开征求意见，以 “即插即用、高可靠性、IP40防护” 为核心设计原则。
这些标准的制定将规范国内市场上此类产品的产品形态，提高产品互换性，降低产品在人形机器人整机中的成本占比，为整个行业领域的产业提升和产品落地提供巨大支撑。
随着人形机器人从实验室走向商业化应用，关节电机技术将持续迭代升级。无框力矩电机作为当前主流技术，轴向磁通电机作为未来发展方向，将共同推动人形机器人运动性能的提升。
未来几年，随着标准化工作的推进和自动化生产水平的提高，人形机器人关节电机将迎来成本下降和性能提升的良性循环，为整个人形机器人产业的商业化落地奠定坚实基础。
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