1、机器人电机行业概述

• 机器人构成与电机位置：机器人主要由主控系统（相当于大脑，负责智能分析、学习及运动学等）、反馈单元（如视觉传感器，用于接受和响应外部信号）和执行单元组成。执行单元又分伺服、液压、气压执行单元三类，电机与驱动属于伺服执行单元的细分环节，主要负责运动控制。目前伺服执行单元整体趋势是往集成一体化方向发展，追求小体积与高功率密度。

• 运动控制系统组成：运动控制系统（伺服执行单元）由主控通过通讯交互传递运动指令，其自身包含驱动器、编码器、电机、减速箱和执行器机构等。当前技术路线下，编码器、电机、减速箱和执行机构常集合成整体，部分关节模组还集成了驱动。驱动形式多样，如直流驱动、交流伺服驱动等；编码器用于反馈电机位置速度等信息，驱动器通过动力线控制电机，电机经减速机放大力量、降低转速，最终由执行机构实现机器人运动。机器人常用电机有空心杯、无框力矩、滚珠丝杆等；减速机构以行星减速机和谐波减速机为主；执行机构包含滚珠丝杆、蜗轮蜗杆等。

• 人形机器人电机驱动系统分类：人形机器人电机驱动系统主要分三大类。一是以空心杯电机为主的伺服系统，用于机器人灵巧手，因其小体积、重量轻、功率密度高且外形细长符合手掌结构；二是关节模组，模拟人的关节旋转，由驱动、无框力矩电机、前后双编码器、谐波减速机和先进关节执行机构组成，追求力矩和精度，电机极对数较多；三是行星滚柱丝杆电机组合（直线执行器），充分利用臂和腿部空间，把旋转转化为直线，辅助关节工作。

  
  

2、灵巧手相关电机分析

• 灵巧手起源与成熟方案：灵巧手起源于残疾人假肢行业，该行业对电机要求主要是轻量化、小巧且具备足够握合力。成熟应用方案通常是10到15毫米的金属刷空心杯电机结合编码器与金属或塑料新型减速箱，电机尺寸12以下常搭配金属减速箱，15及以上用塑料减速箱，运行机构多采用蜗轮蜗杆，优点是静音、有自锁功能，但效率低，需偏大电机。

• 空心杯电机优势：灵巧手因每个手指需特定数量电机，且电机需细而长、小且轻，否则影响手臂灵活性与系统性能，空心杯电机在功率密度上具有绝对优势，能在小尺寸内充分利用空间，塞入更多铜和磁铁，且性能一致，控制平滑、运行细腻，适合灵巧手精密运作需求，预计长期在该领域占据优势。

• 空心杯电机技术趋势：早期灵巧手方案多以有刷贵金属电机为主，因驱动自研且有刷电机控制简单。但随着电子技术发展，无刷电机因寿命长、电流大、体积小、集成化优势，逐渐取代有刷电机，直径也从10 - 15向8 - 12过渡。同时，灵巧手机械结构由蜗轮蜗杆向滚珠丝杆变化，虽成本和制造难度增加，但更高效、承载大。空心杯电机绕组从斜绕向菱形、部分直线绕组发展，以提升效率，但绕线难度成倍增加。

• 空心杯电机竞争格局：主要玩家分三个梯队。第一梯队是Maxon、Faulhaber和Portescap，应用高端、产品线丰富、技术强，但不适应零售行业大批量生产。Maxon是最大的空心杯电机公司，追求标准化生产与批量化，产品类型丰富；Faulhaber技术沉淀深，专注小功率、小尺寸电机及项目定制；Portescap被收购后部分生产转移，产品质量有问题，但在骨科、牙科等强势行业仍有优势。第二梯队多为日本公司，如西铁城等，买专利后研发时间长，产品性价比和质量稳定，但高端应用不足。后起之秀如明智电机技术源于日本，产品种类在国产中较多；雷赛智能在伺服控制领域经验丰富，重视人形机器人市场。中国后起厂商产品组合集中，技术积累不足，市场偏消费类产品。

  
  

3、旋转关节模组相关电机分析

• 旋转关节模组构成与特点：旋转关节模组是机器人中集成度最高的部分，包含总线驱动、绝对值编码器、刹车、无框力矩电机、温度传感器、力矩传感器、谐波减速箱、多圈绝对值编码器及关节间隙等，实现功能复杂且成熟。

• 无框力矩电机应用原因：无框力矩电机用于旋转关节模组，因其形态宽而扁，符合人的关节形状；具有中空轴，便于内部众多传感器、编码器及驱动的走线，可缩小体积、利于散热且安装方便；高度集成，无需外壳，能直接嵌入模组，减少传动机构偏差，满足关节低速大扭矩的应用需求，响应快。

• 无框力矩电机发展趋势与玩家：无框力矩电机追求更高转矩密度、更低齿槽转矩，通过先进设计、工艺和材料应用实现，同时集成化智能控制和协同控制需求愈发重要。主要玩家中，第一梯队多为欧美公司，如科尔摩根技术先进、解决方案能力强；Maxon不仅在空心杯电机领域有优势，在无框力矩电机及提供完整关节模组方面也有经验。第一梯队性能优异、品牌力强，但价格高、定制困难。第二梯队为传统厂商，性价比和产品成熟度较好，但品牌力不足。国内后起之秀如汇川、雷赛等有交流控制经验，价格和本地化服务有优势，配合定制意愿高，预计在人形关节市场份额将增加，但性能、品牌力等需逐步成长。

  
  

4、滚珠丝杠电机组合分析

• 产生原因与优势：传统工业机器人以旋转模组为主，因无需移动，对空间要求不严格，可通过放大功率扭矩满足需求。但人形机器人若沿用此原理，会出现力量不足、轻量化与性能低下等问题。直线模组（滚珠丝杠电机组合）应运而生，通常安装在机器人的大腿、小腿、大臂和小臂上，能充分利用手臂及腿部空间，将电机做大，提升整体功率，且更接近人体肌肉动作，相比传统旋转模组，具有更大功率输出和更高负载能力。

• 行业格局：直线模组市场相对较新，目前玩家多为传统电机厂商提供电机，另有一些厂商生产滚珠丝杆，最后由集成公司进行组装，集成化程度不高。

  
  

5、成本与价格相关分析

• 空心杯电机成本与价格：空心杯电机在灵巧手中降本趋势主要是国产化替代，以及随着控制系统水平提高，控制元器件、电路成本下降，同时采用无刷技术并使用线性传感器替代编码器等实现降本。进口第一梯队产品（电机加编码器加减速箱）用于假肢时批量价格约八九百块钱，日本产品可能400块左右，国产可能两三百块钱能搞定，但空心杯电机在灵巧手中成本占比不太明确。

• 无框力矩电机价格与趋势：无框力矩电机价格区间不太明确，其技术相对成熟，生产厂家较多，国产水平也较高。往小做是行业趋势，但短期内，除非有新材料突破，否则在保证性能前提下缩小体积较困难，在人形机器人上大幅缩小可行性不高。

  
  

Q&A

Q：机器人灵巧手应用的电机成熟方案是怎样的？

A：在假肢行业有非常成熟的应用方案，大概是10到15毫米的金属刷的空心杯电机，结合编码器，结合金属或者塑料的新型减速箱。若电机尺寸在12以下，通常会结合金属的新型减速箱，因为小电机需要更精密的减速箱，且要在小体积内满足大力矩输出；若用到15的电机，电机本身力量足够大，塑料减速箱即可，其有较好的轻量化作用，运行噪音也较小。

Q：为什么灵巧手行业会使用空心杯电机？

A：灵巧手电机安装在手指或手背上，需要细而长形的电机，且每个灵巧手大概需要六个电机（四个手指各一个，拇指两个），电机越小越轻越好，否则会使手臂沉重、动作不灵活，影响系统性能。空心杯电机在功率密度上有绝对优势，除外壳和必要屏蔽外能充分利用空间，而铁芯电机有很多无效和浪费部分。此外，空心杯电机每个点性能基本一致，运行时无齿槽造成的波动，能满足灵巧手平滑、精密运作的需求，所以在灵巧手领域，除非有更新的电机技术，否则空心杯电机将长期占据优势。

Q：空心杯电机在灵巧手应用上的技术发展趋势是怎样的？

A：早期成熟的灵巧手方案以贵金属有刷电机为主，目的是降低系统控制难度。但随着电子技术控制的发展，正逐步从有刷电机方案向无刷电机过渡。无刷电机寿命更长、电流更大、性能更好、体积更小，且更有利于集成化，会由原来10到15直径左右的有刷电机，逐步向8到12左右的无刷方案过渡，寿命也由数千个小时向数万个小时过渡。同时，灵巧手的机械结构由蜗轮蜗杆向滚珠丝杆变化，虽制造难度和成本增加，但效率可从40% - 60%提升到90%，且能做得更小、承载力更大。此外，绕组也在变化，从纯斜绕向菱形过渡，再向部分直线绕组发展，目的是在相同体积下追求更高效率和更大功率密度，但绕线难度成倍上升。

Q：灵巧手用的空心杯电机的竞争格局如何？

A：主要玩家分为三个梯队。第一梯队包括Maxon、Faulhaber和Portescap。Maxon是瑞士公司，是三家里面空心杯电机做得最大的，主要集中于大功率电机，型号多样化，追求标准化生产，批量化能力稍强，电机种类越来越丰富；Faulhaber是德国公司，是空心杯电机的发明者，主要集中在小功率、小尺寸电机，注重整体系统，业务以项目定制为主；Portescap是瑞士公司，被丹纳赫集团收购后部分生产部门转移到制造业不强的国家，产品质量有问题，但在骨科、牙科、手术等强势行业仍坚持在生产强的国家生产，有很多特殊定制型号。第一梯队应用高端、产品线丰富、技术能力强，但不适应快速消费品的大批量生产、快速交货、低利润生意。第二梯队主要是日本公司，如西铁城、尼德克、田中精机等，从欧洲购买专利研发时间长，产品组合丰富，性价比和质量稳定，生产线和技术成熟可靠，但在高端和极端应用上有所不足。后起之秀包括明智电机、雷赛智能、鼎智、拓邦、微创、兆威等中国公司。明智电机技术源于西铁城下属株式会社，正在进行国产化；雷赛智能在伺服控制领域经验丰富，重视人形机器人市场。中国后起之秀产品组合集中于某些行业，技术积累相对不足，市场偏消费类产品。

Q：旋转关节模组包含哪些部件，有什么特点？

A：旋转关节模组包含总线驱动、电机上的绝对值编码器、刹车、无框力矩电机、温度传感器、力矩传感器、谐波减速箱、输出端的多圈绝对值编码器以及关节间隙。它是机器人中集成度最高的部件，包含东西最多，实现功能最复杂，从关节型机器人开始就有这种产品形态，特别成熟，集成度好。

Q：旋转关节模组为何使用无框力矩电机？

A：一是无框力矩电机形态宽而扁，与人的关节形态一样；二是它有中空轴，便于走线，能缩小体积、更容易散热，且结构便于安装，可以直接装到关节上；三是它属于直驱系统，无框、高度集成，不用外壳，可直接嵌入模组，定制容易，能直接驱动，减少传动机构偏差；四是它符合关节低速大扭矩的应用需求，扭矩大、响应快。

Q：无框力矩电机的发展趋势是什么？

A：追求更高的转矩密度，因是铁芯电机，同时追求更低的齿槽转矩，通过合理分布、更先进的设计、工艺和材料应用来提升效率和响应速度。集成化智能控制和协同控制需求成为重点，多关节联动、更快的通讯速度是考虑重点。

Q：无框力矩电机的主要玩家有哪些，各有什么特点？

A：第一梯队大部分是欧美公司，如科尔摩根，技术先进，解决方案能力强，在交流伺服领域经验丰富，对集成化产品性能有优势；maxon不再局限于空心杯电机领域，向多种电机发展，功率和力矩较大，能提供完整关节模组解决方案，性能优异、品牌力强、应用成熟稳定、行业覆盖宽，但欧美厂商普遍存在价格周期长的问题，且难以满足定制需求。第二梯队是传统模框制作厂商，性价比、质量、产品成熟度较好，有一定市场认可，但品牌力不如第一梯队，且很多国外厂家定制困难。国内后起之秀如汇川、雷赛等有做无框电机，有交流控制经验，适合中国市场，价格优势明显，本地化服务到位，响应快速，配合定制意愿高，目标行业聚焦，未来在人形关节市场占有率可能会越来越大，但在性能、品牌力、应用成熟度和市场认可方面需要逐步成长。

Q：关节模组（滚珠丝杠电机组合）是如何工作的，为什么会产生这种电机？

A：关节模组是将旋转电机做成中空，把滚珠丝杠装在旋转电机内部，电机旋转时丝杠往外推，将旋转运动转化为直线运动。传统工业机器人以旋转模组为主，因其无需移动、对空间要求不严格，可通过放大功率扭矩来满足需求。但在人形或生物型机器人中，沿用工业电机原理以旋转关节模组为主会导致力量不足，且机械本身重、有续航问题，不能无限增加电机体积来提升功率，同时还要考虑轻量化，而轻量化又会使关节模组性能低下，所以直线模组应运而生。

Q：直线模组安装在机器人的哪些部位，有什么优点？

A：直线模组通常安装在机器人的大腿、小腿、大臂和小臂上。这种安装方式能在人体臂、腿允许的较大空间内尽可能把电机做大，充分利用手臂及腿的空间，提升整体功率；通过内置滚珠丝杆将旋转化为直线，更接近人的肌肉动作；相比其他方式，有更大的功率输出，负载也相对更重。

Q：直线模组和旋转模组的发展趋势是什么，直线模组目前的市场格局如何？

A：直线模组和旋转模组都在追求更小、更轻、更集成以及更高功率密度。目前直线模组市场较新，格局上，拆分的电机通常由西门子、三菱等传统电机厂商提供，滚珠丝杆由另外的生产厂商提供，主要集中在这些传统厂商手中，最后由一些集成公司进行组装。

Q：对于一个灵巧手来说，空心杯电机大概占整个成本的比例是多少？现在空心杯电机降本的趋势是什么样的？

A：空心杯电机占灵巧手整个成本的比例不太清楚。降本趋势主要是国产化替代，以前多选择国外品牌，成本较高，现在逐渐用国产替代；另外，控制系统水平越来越高，控制的元器件及电路方面成本下降较快；采用无刷技术后，能用线性传感器等非编码器反馈，节省编码器，使电机驱动更加一体化，这些都是技术上的降本方向。

Q：市场上人形用的空心杯电机大概的价格区间是多少？

A：进口厂商中，第一梯队产品（多用于假肢）在批量时，电机加编码器加减速箱大概在八九百块钱左右；日本的产品可能400块钱能拿到；国产的关注较少，估计两三百块钱可以搞定。

Q：人形大概使用多少个无框力矩电机？

A：人形大概使用12个无框力矩电机。

Q：整体无框电机大概价格区间是在什么水平？

A：不太了解无框电机的价格区间。无框电机技术相对成熟，生产厂家较多，国产水平也相当高，它最早应用于工业领域，不一定是很好的投资方向。

Q：不少厂家把无框力矩电机往小了做，您怎么看？

A：小型化和集成化是行业追求，电机越小，机器人越轻便灵活，续航也会提升。但短期内，除非有新材料突破，仅在工艺上缩小无框电机体积且保证性能较困难，在某些应用领域可能会做得更小，但在人形机器人上大幅缩小暂时可行性不高。

Q：未来人形有没有可能全部用空心杯电机，不用无框力矩电机？

A：不可能。空心杯电机在小体积上有很大优点，能充分利用空间，但散热相对不好，且做中空轴几乎不可能，走线困难。在关节等相对大体积空间里，散热和走线是重要问题，所以空心杯暂时不太可能应用在关节上，主要还是在小尺寸方面有优势。

Q：滚珠丝杠电机的整体组合，是最后送到集成商里面去组合在一起吗？

A：有一些集成厂商会跟传统电机厂商定制模块再进行组合，这一块集成化不是特别高。集成化最高的是关节模组，但关节模组里有些部件还是会外采较多，多以无框力矩的厂家为主外采；而空心杯很多前沿厂商能自己做电机、编码器和减速箱，集成化程度最高。股市调研