關節電機模組性能：人形機器人產業化的核心瓶頸

人形機器人產業尚未完全落地，且行業普遍認為其智能化程度低，但隨著英偉達Blackwell架構GPU的發布，全球具身智能領域正迎來革命性躍遷。簡而言之，人形機器人的智能化已具備切實有效的提升路徑，其實現“類人”智能的目標指日可待。然而，關節電機模組性能不足正成為制約人形機器人產業化的核心難題。

當前，機器人關節模組主要分為兩類：一類是采用直驅電機的結構；另一類是采用電機與減速機組合的結構模式。

直驅電機結構與電機+減速機組合結構

從實際應用來看，關節電機模組目前不足之處主要體現在自重較大，功率密度小、扭矩密度偏低三個方面。

關節電機模組單體自重大且需求數量多，直接導致人形機器人整機超重、成本高。以優必選Walker S系列為例，其全身41個自由度對應41個關節模組，這類模組在整機質量占比達50%~60%，成本占比更是高達60%~70%。

Walker S工業版人形機器人 來源：優必選

規模化量產雖能大幅降低成本，例如特斯拉Model S國產化后75%的降價幅度，但對減重收效甚微。自重過大會直接導致續航短板，目前多數人形機器人陷入“充電2小時、工作1小時”的困境。固態電池雖為理想動力方案，但球磨成型工藝復雜、一致性差，暫無法量產；氫氣燃料電池則因鉑催化劑成本高、氫氣儲運風險大，難以普及。

采用高密度、高強度的致密金屬材料，是導致關節電機模組自重大的重要原因之一。關節電機模組本體的制造材料多為高密度、高強度的致密金屬，例如高密度硅鋼片、致密銅線圈及高強度合金鋼等。

直驅與組合驅動模組剖切圖

國內外已針對電機減重設計開展了大量研究，且在結構緊湊化與效能提升領域積累了豐富的應用成果。以軸向磁通電機為例，其外徑與徑向磁通電機基本相當，軸向長度卻僅為后者的30%左右；因此，在原材料未發生重大變更的前提下，其自重通常也可控制在徑向磁通電機的30%左右，減重效果顯著。

此外，無框力矩電機、空心杯電機等新型結構電機不斷涌現，尤其是同軸磁齒輪技術與永磁電機的集成應用，進一步研發出結構緊湊的磁齒輪電機，為電機減重與性能優化提供了新路徑。小米科技采用了業內稱之為“準直驅”的方案，并已在小米人形機器人“CyberOne”上成功應用，這標志著電機減重研究已取得階段性成果。

CyberOne 來源：小米

人形機器人需克服自身重力做功，行業普遍認為額定功率密度需不低于2.0kW/kg。但當前主流產品性能差距顯著，以行業先進的深圳小象電機軸向磁通電機關節模組為例，其在人形機器人領域應用廣泛且市場占有率很高，但其最大功率密度僅0.55kW/kg，僅達目標功率密度的27.5%。

關節模組功率密度 來源：小象電機

人形機器人目前已能完成部分復雜動作。例如，在2025年春晚上表演扭秧歌的宇樹機器人和表演斧頭舞的眾擎機器人，其流暢的動作讓人感覺產業化前景可期。然而，實際場景中，人形機器人的行動能力仍存在明顯短板。究其原因，在于關節電機模組的扭矩密度過小。這一點在靈巧手上體現得最為明顯，靈巧手作為人形機器人的核心組件，其最廣泛的驅動方式是電機驅動。目前公開資料表明，電機驅動的靈巧手最大抓取力僅36N，最大負載不超過15kg。宣稱可負重30kg的機器人，實際上需要借助外力將重物“掛”于身上，這嚴重制約了其應用場景。

綜上，人形機器人產業的廣闊前景毋庸置疑，但關節電機模組在自重、功率密度與扭矩密度上的短板，仍構筑起產業化落地的核心壁壘。隨著技術迭代與政策扶持，關節電機模組正逐步突破性能瓶頸，當自重、功率密度與扭矩密度達到產業化要求，相信人形機器人將在工業制造、服務消費等領域大規模落地，開啟全新產業時代。

參考來源：

各企業官網

姜開明.關節電機模組性能——當前人形機器人當前人形機器人產業化最大的難題