宇树机器人深度解析：驱动系统电机篇
机器人产业图谱（来源：中信建投）
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先从人形机器人的电机原理，分布开始与大家开始讲解！
◆宇树机器人电机分布◆
下图是人形机器人的电机，分布，共计19个关机电机，单腿关节为 5 自由度，单手臂为 4 自由度，再与腰部，头的电机 自由组合，可以组成人体的多个自由度动作。
图片来源：东方财富研究所、宇树科技官网
该机器人结构大致可以分为上躯、左臂、右臂、左腿和右腿五个部分，每个部分都分布有不同的关节电机，用于实现各个方向的运动和灵活的操作。
■上躯部分
12# 右手俯仰电机：12+16个电机用于实现上臂的上下旋转运动。
16# 左手俯仰电机：12+16两个电机用于实现上臂的上下旋转运动。
13# 右手滚动电机：用于右手臂的左右滚动调整。
14# 右手偏航电机：用于右手的内外旋转（偏航）。
17# 左手滚动电机：用于左手臂的左右滚动调整。
18# 左手偏航电机：用于左手的内外旋转（偏航）。
6# 躯干偏航电机：用于控制躯干的旋转，帮助机器人实现扭动动作。
■左臂部分
5# 左腿膝电机：用于左腿膝盖的弯曲和伸直。
4# 左腿俯仰电机：用于左腿的上下俯仰调整。
3# 左腿滚动电机：用于左腿的左右滚动调整。
■右臂部分
15# 右手肘电机：用于右手肘的弯曲和伸直。
19# 左手肘电机：用于左手肘的弯曲和伸直。
■左腿部分
7# 左腿偏航电机：用于右腿的内外旋转（偏航）。
5# 左腿膝电机：用于左腿膝盖的弯曲和伸直。
10# 左腿踝电机：用于右腿踝关节的调整。
3# 左腿踝电机：用于左腿踝关节的调整。（对应右腿的踝部电机）
■右腿部分
8# 右腿偏航电机：用于右腿的内外旋转（偏航）。
2# 右腿膝电机：用于右腿膝盖的弯曲和伸直。
11# 右腿踝电机：用于右腿踝关节的调整。
10# 左腿踝电机：用于左腿踝关节的调整。（对应右腿的踝部电机）
◆宇树机器人电机参数◆
关节采用了 Unitree 自研 M107 电机，具备出色的性能和特点。该电机的最大扭矩为 360N.m，
髋关节电机扭矩 220Nm，踝关节 45Nm，手臂关节 75Nm。
H1 人形机器人 19 个自由度，行走速度 1.5m/s，潜在运动能力 5m/s
最大拉力（在 3.5cm 力臂等效条件下）为 10000N，采用了中空轴线的设计，使得电机在结构上更加轻量化、紧凑化。
M107 电机还配备了双编码器，提供更准确的位置和速度反馈，以满足高精度控制的需求。
M107的电机核心零部件：伺服电机、减速器、控制器（均为自研自产）
其具体参数与特斯拉对比如下图所示：
根据图中给出的参数，M107电机相比Tesla-1和Tesla-2电机有以下优势：综上所述，M107电机在提供高拉力、重量轻、高性能密度、以及具有中空轴线和双编码器等方面具有显著优势，适用于需要高精度和高性能的应用场景。
◆人形机器人关节电机行业分析◆
下文总结当前所有人形电机的参数，进行对比分析，如下所示：
■特斯拉 Optimus 旋转执行器
设计方案：电机 + 谐波减速器 + 位置/力矩传感器 + 离合器
型号：
小型：扭矩 20Nm，重量 0.55kg
中型：扭矩 11Nm，重量 1.62kg
组件：角接触球滚珠轴承、机械离合器、谐波减速器、交叉滚子轴承、输入/输出位置传感器（编码器）、永磁体（电机）、非接触力矩传感器
特点：刚性 + 离合器的设计方案，具备刚性执行器简单、高精度的特点，动力传动平稳
■小鹏 PX5 人形机器人执行器
小鹏PX5人形机器人（来源：小鹏官网）
设计方案：谐波减速器 + 行星减速器
关节特点：耐用性和可靠性高，平均无故障时间超过数千小时
控制模式：高精度力控模式，触地感知和越障适应能力强
机械臂：7 自由度，重复定位精度 0.05mm，单臂最大负载 3kg，自重 5kg，负载自重比超 0.6，最大末端线速度 1m/s
■优必选旋转执行器
优必选Walker S1工业机器人（来源：优必选官网）
方案：大型（谐波减速器和行星减速器两种方案）、中小型
应用：Walker、机械臂、Alpha 系列、Cruzr、Jimu 系列、ADIBOT
大型执行器：高密度无框力矩电机、双位置编码器、行星或谐波减速器、高性能处理控制器，最大扭矩 ≥200Nm
中小型执行器：电控板集成控制算法、导光件显示驱动器状态、齿轮组动力传输、电机产生动力、舵盘连接输出
■小米 Cyber Gear 执行器
小米Cyberone机器人（来源：小米官网）
设计方案：高性能伺服电机 + 行星减速器 + 驱动器 + 单编绝对值编码器
应用：Cyber Dog 机器狗
特点：集成设计，优化减速器和电磁设计自研散热系统，扭矩密度 37.85Nm/kg，功率密度 511.04W/kg，定转子优质选材，仿真算法去除 20% 重量冗余，模内注塑内齿圈，槽满率 55%
控制精度：±0.2Nm@<3Nm，±0.4Nm@<8Nm，±5%@<=12N.m；FOC 控制，0-90% 峰值扭矩响应时间 20ms
■智元 PowerFlow 关节电机
智元远征A1机器人（来源：智元官网）
设计方案：准直驱关节方案，包含行星减速器、共轭同轴双编码器
应用：智元远征 A1 具身智能机器人
特点：低齿槽转矩设计，10 速比以内的高力矩透明度行星减速器，一体液冷循环散热系统，自研矢量控制驱动器，峰值扭矩超 350NM，重量 1.6KG
■傅利叶智能 FSA 高性能一体化执行器
傅利叶智能GR-1通用人形机器人（来源：傅利叶官网）
设计方案：集成电机 + 驱动器 + 减速器 + 编码器
应用：GR-1 通用人形机器人
特点：最大关节模组峰值扭矩可达 300NM，自研一体式执行器
■技术点分析
技术多样性：各家公司采用的执行器设计方案各不相同，从单一的谐波减速器到组合使用行星减速器，再到准直驱关节方案，体现了技术在人形机器人领域的多样性和创新性。
性能优化：多数公司注重扭矩密度、功率密度和重量的优化，通过高性能电机、优化减速器和散热系统来提升执行器的整体性能。
集成化趋势：多家公司采用一体化设计，将电机、驱动器、减速器和编码器集成在一起，以提高系统的紧凑性和可靠性。
自研能力：多数公司展示了强大的自研能力，不仅在设计上有所创新，还在核心零部件上实现了自主研发和生产。
高精度控制：许多执行器采用了高精度传感器和先进的控制算法，以实现精确的位置和力矩控制，这对于人形机器人的运动精度和稳定性至关重要。
◆总 结◆
人形机器人执行器的发展呈现出技术多样性、性能优化、集成化趋势、自研能力强和高精度控制等特点。
特斯拉、小鹏、优必选、小米、智元、傅利叶智能和宇树等公司都在执行器设计上取得了显著进展，为人形机器人的发展提供了强有力的支持。
这些执行器不仅具备高扭矩密度和功率密度，还实现了轻量化、高精度控制和一体化设计，为人形机器人的运动性能、稳定性和可靠性提供了保障。
未来，随着技术的不断进步和创新，人形机器人执行器将继续朝着更高性能、更智能化和更可靠的方向发展。
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