人形機器人運動部件: 從工藝到成本的全面攻堅

文:組編 / 編輯部2025年第五期

導語:伴隨著具身智能(Embodied AI)大模型開發的突飛猛進,以及總體物料清單成本(BOM)的快速下滑,2025年,人形機 器人市場的商用化進程加速,實際訂單量攀升。在核心零部件的研發方面,圍繞無框力矩電機、無刷空心杯電機、精密減速器、 行星滾柱絲杠、六維力矩傳感器、關節模組、靈巧手等產品方案的降本、減重工作,一批工控自動化企業通過自主研發或是產業 合作的方式,取得了明顯的突破。

  繼今年2月發布全球人形機器人產業報告之后, 6月份,國際投行摩根史丹利再次發布新一期報告:《Robotics Unleashed, A New Era》,重點針對中國機器人行業開展深 度專題研究,列舉并分析了目前國內整機與零部件領域共計 65家代表性企業(其中深圳企業19家)的最新開發動態,核 心觀點概括為以下幾個方面:

  · 應用場景加速拓展:在人工智能賦能下,機器人正通 過自主性和協作能力的提升,不斷拓展應用場景;

  · 看好人形機器人發展前景:長期來看,人形機器人將 成為市場規模最大的機器人品類;

  · 四年內實現市場規模翻番:預計到2028年,中國機器 人產業規模將實現翻倍增長,其中無人機、移動機器人和協 作機器人是主要驅動力;

  · 零部件國產化加速:供應鏈本土化進程加速,傳感 器、電機和減速器增長潛力較高;

  · 預計未來四年,中國機器人市場規模將實現翻倍增長, 到2028年達到1080億美元(如圖1所示);其中,無人機、 服務機器人和傳統工業機器人是當前中國機器人市場的“主 力”,分別占總體市場規模的35%、25%和20%;人形機器人 增長潛力最高,預計未來四年,復合增長率將達到約88%。

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  新增長引擎:具身智能+人形機器人

  毋庸置疑的是,具身智能、人形機器人是2025年的全 民“熱詞”,也成為了中國經濟實現整體升級的重要路徑、 產業增長的新引擎。從宏觀產業面來看,現階段,國家政策 的扶持引導、各地公布的新政護航,都為人工智能與機器人 產業的創新發展提供了良好的環境和機遇。

  8月8日,2025世界機器人大會在北京亦莊開幕,50家 人形機器人整機企業帶來了最新展品及行業解決方案,人形 機器人整機企業參展數量創同類展會之最。8月15日,2025 世界人形機器人運動會開幕式,通過科技與人文的融合呈 現,詮釋人工智能與體育精神的碰撞,吸引了國內眾多民眾 的關注。

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  在市場端,人形機器人大訂單頻傳。近期,中國招標 投標公共服務平臺發布的《機器人設備采購項目中標公示》 顯示,優必選以9051.15萬元,中標覓億(上海)汽車科技 有限公司機器人設備采購項目。據了解,這是目前公開信息 中,人形機器人業內單筆中標金額最大的采購訂單。據公開 數據顯示,截至目前,優必選已累計中標74次,合計中標金 額達2.46億元。另據了解,本次中標項目產品為優必選自研 工業人形機器人,將用于汽車智能制造場景中,作為本次優 必選大單買家的覓億,其主業是汽車出口貿易,覓億的官方 微信公眾號介紹,其總部位于上海、生產基地位于湖北,是 一家汽車出口平臺公司,通過整合中國的新車、二手車、工程機械、二手設備及零配件等產品,輸出到海外有需要的國家。

  就在8月,近百臺智元機器人的遠征 A2-W第二代具身智能機器人落地富臨精 工工廠,成為了國內工業領域具身機器人 規模化商業簽單的首例。而在此之前的7月 11日,有媒體報導,智元機器人和宇樹科 技在中移(杭州)信息技術有限公司2025 年至2027年人形雙足機器人代工服務采 購項目中中標。根據此前該項目的比選公 告,本次采購的項目總預算為1.2405億元 (含稅),采購包1為全尺寸人形雙足機器 人,預算為7800萬元(含稅),最終中選 人為智元機器人;采購包2為小尺寸人形雙 足機器人、算力背包、五指靈巧手,預算為4605萬元(含稅),中標人為宇樹科技。

  在這些下游應用落地和技術突破的助推下,摩根士丹利 預計,2025年下半年中國極有可能出現一輪人形機器人應用 的推廣潮,并將顯著提振市場情緒。

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  產業鏈上下游協同合作創新

  中國制造的強大在于擁有門類齊全、體系完整的產業 供應鏈,在具身智能、人形機器人這一全球科技界的新賽道 上,中國制造產業鏈同樣發揮出至關重要的作用,上下游協 同創新,已然成為一大發展趨勢。無論是在各大人形機器人 廠家的供應鏈名單中,還是企業之間建立的共同開發戰略合 作名單中,都能看到越來越多工控自動化企業的名字。

  3月,臥龍電驅與智元機器人順利完成戰略投資簽約, 正式成為其戰略股東。工商信息顯示,3月20日智元機器人 投資人發生變更,臥龍電驅作為新增股東,出資61.0978萬 元,持股比例為0.7594%。同時,智元機器人也以增資擴股 的形式對臥龍電驅旗下的浙江希爾機器人進行戰略注資。雙 方計劃在具身智能技術、柔性制造解決方案、人機交互產品 等方面開展開發合作,并規劃于柔性制造、工業自動化等場 景落地一系列示范項目。另外,有公開消息表明,臥龍電驅 或為智元機器人供應高爆發關節模組、無框力矩電機等其已 具備開發與生產能力的核心零部件。

  4月,博眾精工持股39.9%的子公司蘇州靈猴機器人有 限公司發生工商變更,新增智元機器人關聯公司上海智元新 創技術有限公司等為股東。在生產制造方面,博眾精工承擔 了智元遠征系列的整機代工任務,深度參與關鍵組裝與測試 環節;在核心部件供應上,博眾精工通過子公司靈猴機器人 間接參與關節模組、控制器等智元機器人核心部件的生產, 為其提供高扭矩密度、低功耗的驅動模塊,雙方合作的輪式 人形機器人項目已實現單月200臺的量產規模。

  此外,三菱電機與鹿明機器人、偉創電氣與開普勒機器 人、大洋電機與宇樹、優必選等等,也紛紛采用戰略合作的 形式,充分運用雙方的資源優勢,開展高精度運動控制、多 機協同等技術攻關,重點突破人形機器人關鍵部件的研發與 產業化進程。

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  高功率密度、低能耗、輕型化

  從目前運動控制業內反映來看,多數企業認為仿生(人 形/四足等)機器人是2025年具有增量預期的一個市場,需 要緊跟下游市場趨勢,積極布局無框力矩電機、無刷空心杯 電機、精密減速器、行星滾柱絲杠、六維力矩傳感器、關節 模組、靈巧手等產品方案的降本、減重工作,成本是人形機 器人實現商用化的重要議題,企業應加大研發投入力度,為 市場真正放量夯實產品和技術基礎。

  人形機器人是一套復雜的系統工程,由各種類型的零 部件所構成,包括旋轉關節、直線關節、靈巧手組件方案、 “大腦”主控芯片、電池,以及布滿全身的感知系統等等, 通用型人形機器人主要組成如圖2所示。尤其是在人形機器 人的“筋骨”、“足部”與“巧手”部分,其性能直接決定了 機器人整體的運動能力、靈巧度和可靠性,也是運動控制部件能夠大展身手之處。其中,無框力矩電機和靈巧手組件方 案(主要用到無刷空心杯電機)在總體BOM清單中的占比較 大,分別約占到5.9%和14%(空心杯電機約占6.7%)(見 圖3),是降低整體系統成本的一個關鍵環節。

  以人形機器人關節模組為例,在這一核心部件的開發上 主要面臨著以下多重技術挑戰:需要在極小的空間內實現高 扭矩密度輸出,以滿足機器人復雜動作執行需求;同時要降 低轉矩波動,保證機器人運動的平穩性與精準度,否則會影 響其在實際場景中的應用效果;在散熱方面,關節模組長時 間運行產生的熱量若不能有效散發,會導致電機性能下降甚 至損壞,因此高效的散熱設計至關重要;此外,輕量化也是 一大難點,減輕關節模組重量有助于提升機器人整體靈活性 與續航能力,但這與保證結構強度和穩定性之間又存在著 矛盾。

  圍繞上述人形機器人動力部件的性能突破,目前業內廠 商展開的技術“競賽”越來越激烈,高功率密度、低能耗、 輕型化的核心零部件才能滿足人形機器人的復雜應用需求。

  例如,通過對電磁方案的不斷優化,步科開發的無框力 矩電機在功率密度、齒槽轉矩、溫升控制等方面實現了突破 性提升,相比傳統電機,在相同體積下能夠輸出更大扭矩, 充分提升了關節模組的扭矩密度;在齒槽轉矩控制上,有效 降低了轉矩波動,使得機器人運動更加平滑自然;同時,更 小的電機體積成功縮短了關節模組的軸向尺寸,減輕了整體 重量,滿足了人形機器人輕量化需求。

  捷昌驅動是另一家積極參與人形機器人核心零部件開發的自動化企業,其致力于為具身智能機器人的產業化落地 提供高效、精密、可靠的動力之源。捷昌驅動推出的精密空 心杯電機總成系列專為靈巧手、仿生指等機器人末端執行器 設計,可提供高響應速度、超低振動噪音的精密操控力;高 性能旋轉模組搭載自研自制的新型諧波技術,具備輕量化設 計和低成本優勢,額定輸出扭矩提升了50%,運行噪音降低 了20%;線性執行器系列專為機器人肢體(如手臂、腿部)的 伸縮、推拉等直線運動設計,提供高效、平穩、大推力的直線 驅動解決方案;緊湊型升降立柱專為立柱式機器人設計,滿足 其對小型化、緊湊化外形的需求;微型電缸則面向空間極度受 限、對集成度與精度要求嚴苛的小型化、模塊化機器人應用場 景,可滿足在微小空間內實現精準的直線位移控制要求。

  人形機器人:具身智能的理想載體

  在8月舉行的在2025世界機器人大會上,宇樹科技創始 人王興興發表了主旨演講,他預測,未來幾年,全球人形機 器人市場出貨量將每年翻一番,如果有更大的技術突破,甚 至可能在2到3年之內,每年的出貨量將達到幾十萬臺,甚至 上百萬臺,從而從需求端拉動整個行業的發展。但同時他也 指出,下一階段具身智能機器人技術的研發重心,是統一、 端到端智能機器人大模型的開發、更低成本/更高壽命的硬 件、超大批量的制造能力,以及低成本且大規模的算力。

  在硬件層面,精密運動部件是關鍵一環,除了上面提 到的無框力矩電機、無刷空心杯電機、關節模組、靈巧手等 之外,實際上,隨著機器人自主性和智能化程度的提升,各 類傳感器在機器人成本中的占比將會大幅提升,其中包括視 覺、激光雷達、力覺傳感器、觸覺傳感器、編碼器等等。

  以編碼器為例,傳統的工業編碼器在工業機器人、自動化設備中表現優秀,但在人形機器人中,它們面臨兩個致 命挑戰:體積和集成性。 人形機器人對空間要求極高,尤 其是手指、手腕、手臂、肩膀、腰部等多自由度關節,不可 能為每一個電機預留充裕的編碼器安裝空間,因此,傳感器 必須“隱形集成”,與電機或結構緊密結合。來自德國博思 特POSITAL的POSITAL的KIT編碼器應運而生,POSITAL專利 的無電池多圈技術,使用齒輪+能量采集原理,即使反復斷 電、移動,編碼器仍能保持精準的多圈位置信息,不依賴電 池,無需后續更換與維護,大大降低了維護成本;無軸承設 計,輕薄緊湊,直接集成進驅動模組中;高分辨率、高精度 反饋,滿足高自由度動作控制需求;支持多種安裝方式:空 心軸、電機后蓋、軸端、PCB;特別適用于人形機器人的手 指/手掌、手腕/手臂、肩部/腰部、腿部關節等運動部位。

  而作為人形機器人感知與交互的“感知神經”,力覺傳 感器能夠為機器人的力控制和運動控制提供必要的力感知信 息。根據MIR睿工業最新發布的《2025年中國人形機器人六 維力傳感器市場研究報告》顯示,預計2025年,六維力矩 傳感器在人形機器人領域出貨占比將超過30%。在這一產品 線,目前美國ATI、德國Schunk和瑞士Kistler等國際巨頭憑 借技術優勢,壟斷汽車測試及航空航天等高端市場,國內代 表廠商則有藍點觸控、坤維科技、宇立儀器、柯力傳感、鑫 精誠等。

  可以說,人形機器人是具身智能的理想載體,要想讓未 來的人形機器人能夠更自然地融入到人類環境中并執行各種 任務,不僅需要在仿生運動控制、多模態感知融合等硬科技 領域實現從材料、工藝到成本的全面攻關,更要求產業生態 在各種應用場景落地層面完成關鍵驗證——具身智能人形機器 人距離真正商用化還有很長的一段路要走。

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