人形机器人核心赛道：减速器全解析

发布时间：

2025-07-22

减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，可通过内部的齿轮、蜗杆等传动机构，将高转速、低转矩的输入转换为低转速、高转矩的输出。在人形机器人中，减速器是核心部件，通常占据整机成本的 30%。以下是关于人形机器人减速器的详细解析：

减速器的分类及特点

行星减速器：主要由行星轮、太阳轮和内齿圈构成，结构紧凑且传动效率高，单级传动效率可达 97%-98%。其具有高承载能力和强抗冲击性，成本相对较低。但单级传动比通常在 3-10 左右，相对较低，多级结构会导致体积增大，输出扭矩有限，且传动精度相对稍逊，适用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节。

RV 减速器：由两级减速机构构成，减速比范围大且承载能力强，刚性和耐过载冲击性能好，传动精度高且稳定。但它的质量与体积较大，寿命相对较短，加工工艺复杂，价格偏高，广泛应用于机器人基座、大臂、肩部等重负载位置。

谐波减速器：基于柔轮的弹性变形原理，由波发生器、柔轮、刚轮三个核心部件构成。具有体积小、重量轻、传动精度高、传动比大等优势，扭矩密度显著高于传统减速器，能够在紧凑的体积内传递较大的扭矩，且传动过程中几乎无背隙，侧隙极小。但柔轮每转两次椭圆变形易导致材料疲劳损坏，损耗功率大，且存在回程误差，不具备自锁功能，对散热也有一定要求，更适合应用于机器人小臂、腕部、手部等轻负载部位，以及肩部、肘部、腰部等需要高精度旋转的关节。

减速器的技术挑战与发展趋势

技术挑战

柔轮疲劳寿命与可靠性：柔轮在反复弹性变形下易产生疲劳裂纹，尤其在人形机器人高频次启停和动态负载场景下，寿命显著下降。

动态负载与冲击适应性：人形机器人关节需承受瞬时冲击载荷，谐波减速器的弹性变形可能引发传动误差或瞬时背隙增大，导致机器人动作失稳。

轻量化与体积限制：人形机器人对关节体积和重量极度敏感，但传统谐波减速器需保留一定壁厚以确保柔轮强度，导致轻量化空间有限。

发展趋势

材料创新：如采用碳纤维增强复合材料柔轮，可降低重量、提升疲劳寿命。

结构设计优化：如超薄壁杯形柔轮，采用线切割工艺加工，结合有限元仿真优化应力分布，延长柔轮寿命；还有多齿差设计，可增加啮合齿数，降低单齿载荷，提升传动平稳性。

智能化集成：如嵌入式传感器，集成应变片、加速度计，实时监测柔轮变形和振动，预判故障；主动补偿技术，通过算法动态调整波发生器扭矩，抵消柔轮变形误差。

新型传动技术：如混合式减速器，采用谐波 + 行星齿轮复合结构，结合谐波的高精度与行星齿轮的高扭矩容量，适配人形机器人腰部等重载关节。