①高效率：低能耗和低摩擦损失很重要，因为机器人通常由电池供电，能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，能在短时间内承受过载。②高动态：整个驱动器的惯性应尽可能低，电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。③高功率密度：机器人应用需要高速、高扭矩电机，电机需要小巧，紧凑，轻巧。由于应用需求场景不同，将人形机器人关节与工业机器人、协作机器人关节进行对比优劣没有可比性。工业机器人对精度、寿命要求高，更适合采用伺服电机；人形机器人对控本、提效、力矩和运转稳定的诉求更强，更适合采用力矩无框电机。

　　力矩电机相对于伺服电机能提供更加稳定的力矩和运转速度，且由于不需要使用齿轮减速箱，能够有效降低其成本和体积，减少误差及提升效率，更能够满足人形机器人的需求。①提供稳定的力矩和运转速度，利于人形机器人的大范围推广及长期使用。②不需要使用齿轮减速箱，减少人形机器人部件的数量，从而最大限度降低其成本和体积。③维护更加简单，可靠性更高。④效率更高，更节能。机械系统中每增加一个传动部件都将会产生效率的损失，因此减少系统中传动部件，提高整个系统的效率，从而能够变相的节能，有利于提高人形机器人的续航及负载。

　　人形机器人的空心杯电机以无刷空心杯电机为主。因为空心杯电机高速低扭矩的特性，为了在较小空间内获得较大的手指抓握力，空心杯电机都需要搭配行星减速箱进行使用，一般都会集成2-3级的行星减速箱。无刷电机通过驱动器实现电子换向，其定子部分使用空心杯绕组，采用无齿槽铁芯设计，具有高转速、长寿命、低噪音的特性，又具有高功率密度、高效率的优势。

　　当人形机器人年销量分别为100万台时，直流无刷力矩电机年新增市场规模140~280亿元，是2022年市场规模的5~11倍。空心杯电机市场规模为72亿元，是2022年市场规模的2倍。1）直流无刷力矩电机市场规模的核心假设，单台人形机器人配置直流无刷力矩电机28个；空心杯电机价格随量产进程逐年下降，当人形机器人年销量100万台时，关节电机均价500~1000元；2）空心杯电机市场规模测算的核心假设：单台人形机器人用空心杯电机12个；空心杯电机价格随量产进程逐年下降，销量达到100万台时，单价600元。据 QY Research 数据，2022年全球空心杯电机市场规模为7.48亿美元。

　　我国力矩电机和空心杯电机厂商钧处于全球第二梯队。力矩电机全球第一梯队厂商主要有科尔摩根、Aerctech、Parher。我国的力矩电机厂商主要厂商有步科股份、雷赛智能、昊志机电等，伺服厂商如汇川技术、禾川科技也有基础切入无框电机市场。海外龙头在空心杯电机领域布局较早，技术经验积累深厚，产品系列完善，项目经验丰富。与海外龙头企业产品性能相比，我国空心杯电机部分品类的产品性能接近或达到海外龙头，高端产品在功率、效率等方面存在差距。

　　1）气动驱动：气力驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机(或由气压站直接供给) 等组成，以压缩空气来驱动执行机构进行工作。其优点是空气来源方便、动作迅速、结构简单、造价低、维修方便、防火防爆、对环境无影响，缺点是操作力小、体积大，又由于空气的压缩性大、速度不易控制、响应慢、动作不平稳、有冲击。因起源压力一般只有60MPa左右，此类机器人适宜抓举力要求较小的场合。

　　2）液压驱动：液压驱动系统通常由液动机 (各种油缸、油马达)、伺服阀、油系、油箱等组成，以压缩机油来驱动执行机构进行工作。其特点是操作力大、体积小、传动平稳且动作灵敏、耐冲击、耐振动、防爆性好。相对于电力驱动，液压驱动的机器人具有大得多的抓举能力，可高达上百千克。但液压驱动系统对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本也较高。

　　3）电力驱动：电力驱动是利用电动机产生的力成力矩。直接或经过减速机构驱动机器人，以获得所需的位置、速度和加速度。电力驱动具有电源易取得，无环境污染，响应快，驱动力较大，信号检测、传输、处理方便，可采用多种灵活的控制方案，运动精度高成本低，驱动效率高等优点，是目前机器人使用最多的一种驱动方式。驱动电动机一般采用步进电动机、直流伺服电动机以及交流伺服电动机。由于电动机转速高，通常还需采用减速机构，目前有些机构已开始采用无需减速机构的特制电动机直接驱动，这样既可简化机构，又可提高控制精度。

　　电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，电机主要作用是利用电能转化为机械能。电机分类主要三类：控制电动机、功率电动机、信号电机。控制电机进一步可以划分为伺服电机、力矩电机、步进电机等。

　　机器人应用减速电机，应该重点考虑如下几个参数：电机运行电压、空载转速、一定转矩下的转速、一定转矩下的电流。

　　机器人关节所采用的关节驱动电机主要有步进电机，无刷直流电机，伺服电机。由于应用需求场景不同，将人形机器人关节与工业机器人、协作机器人关节进行对比优劣没有可比性。工业机器人对精度、寿命要求高，更适合采用伺服电机；人形机器人对控本、提效、力矩和运转稳定的诉求更强，更适合采用力矩无框电机，尤其是直流无框力矩电机。

　　人形机器人电机有三个关键需求：高效率、高动态和高功率密度。①高效率：低能耗和低摩擦损失很重要，因为机器人通常由电池供电，能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，能在短时间内承受过载。②高动态：整个驱动器（电机、机构、接线、传感器和）的惯性应尽可能低，电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。③高功率密度：机器人应用需要高速、高扭矩电机，这些电机还需要小巧，紧凑，轻巧。

　　直流电动机相较于交流电机拥有准确快速的控制能力，恒定扭矩以实现更高负载，不需要额外的启动设备以减少成本等优势，从而更能够满足人形机器人对于高负载、低成本的需求。直流电机与交流电机的区别：

　　①控制能力不同：交流电机通过改变输入频率来控制交流电机。而直流电机则直接通过改变电枢电流和电压来控制电机。这从而导致直流电机能够提供准确且快速的控制，更适用于人形机器人。

　　②力矩性能不同：力矩越大电机的加速性越好。而提高交流电机的速度会导致其力矩降低，直流电机在速度范围内提供恒定的力矩。直流电机加速性好于交流电机，从而能够负载更高的重量，使人形机器人得以从事高负载的劳动。

　　③启动方式不同：所有直流电机都是自启动的，这意味着它们不需要任何额外的设备即可启动。而交流电机则需要额外的电子设备来启动。因此直流电机可以减少人形机器人部件的数量，从而降低其成本和体积。

　　无刷电机避免了有刷电机故障率高、寿命短的缺点，更能够满足人形机器人的需求，目前无刷电机成本更高，大规模应用之后成本有望下降。有刷电机由于存在碳刷，有两个缺点：

　　①碳刷和换向片之间存在摩擦，导致有刷电机容易产生火花、发热、噪音、对外界环境有电磁干扰。这会导致人形机器人的使用场景受限，无法在一些易燃易爆危险的场景代替人类进行工作。

　　②碳刷属于损耗品，从而使有刷电机使用寿命短，故障率高，每过一段时间都需要更换和维护，过于频繁的维护需求不利于人形机器人的商业推广与长期使用。

　　无刷电机由于没有碳刷，从而避免了有刷电机的上述缺点，具有抗干扰能力强、运行声音小、效能高且使用寿命长等优点。

　　不存在低速时低频振动现象，且能提供恒定的力矩，从而使得力矩电机能够负载更高的重量，更能够满足人形机器人高负载劳动的需求，效率更高更节能。

　　①步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空负载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，需要采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器。这会增加人形机器人的成本及体积。而力矩电机则不存在这个缺陷。

　　②步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降。而力矩电机在速度范围内能提供恒定的力矩，这使得力矩电机加速性好于步进电机，从而使得力矩电机能够负载更高的重量，使形机器人得以从事高负载的劳动，提升其效率并且更加节能。

　　力矩电机相对于伺服电机能提供更加稳定的力矩和运转速度，且由于不需要使用齿轮减速箱，能够有效降低其成本和体积，减少误差及提升效率，更能够满足人形机器人的需求。

　　①提供稳定的力矩和运转速度。力矩电机可以在电动机低速甚至堵转（即转子无法转动）时仍能持续运转，不会造成电动机的损坏且可以提供稳定的力矩给负载。力矩电机极高的稳定性利于人形机器人的大范围推广及长期使用。

　　③维护更加简单，可靠性更高。转子是整个力矩电机系统中唯一的运动部件，其他任何机械组件都可以直接固定在转子上。这使得力矩电机不仅能够减少部件的维护次数，还能够消除其他组件引入的间隙、共振和定位误差。这从而导致力矩电机能够提供准确的控制，更适用于人形机器人。

　　④效率更高，更节能。机械系统中每增加一个传动部件都将会产生效率的损失。因此减少系统中传动部件，会提高整个系统的效率，从而能够变相的节能，力矩电机有利于提高人形机器人的续航时间及劳动负载。

　　①常规伺服电机转速通常额定为3000转，最大6000转，人形机器人关节电机输出转速通常不超过300转。

　　②不结合关节负载大小考虑，在人形机器人上采用无框力矩电机搭配谐波减速器或者行星减速器、在机器狗上采用航模电机搭配一级行星减速器，是能够综合重量、转速、扭矩与成本的较佳方案；工业机械臂中伺服电机搭配谐波减速器的方案不便于小型化，而且成本较高。

　　③伺服电机的形状通常为细长型，人形机器人关节要求驱动器形状轴向尺寸需要尽可能降低，设计为扁平状，常规伺服电机在人形机器人/机器狗的空间结构上不方便进行排布。

　　④伺服电机本体对寿命、散热等方面有较高要求，而人形机器人通常不会以工业设备的标准连续长时间工作。

　　⑤伺服电机常被用于精密设备的控制中，人形机器人关节的精度要求相比数控机床、工业机械臂等应用实际上并不高。

　　⑥制造成本角度，伺服电机的生产成本高，关节电机量产后降本空间大：过去人形机器人关节电机的价格更多地是由于产量低无法均摊研发成本造成的，而不是量产后的真实成本高。

　　适用于高动态性能机器人的执行器方案分为三类：带有力矩传感器的高减速比电机、串联弹性执行器（SEA）和半直驱电机（QDD）。(无框)力矩电机，全称为永磁无刷直流(无框)力矩电机，其显著的特征是：较大的径长比、较多数目的磁极，这两点确保了其良好的大扭矩输出性能，同时也呈现较低转速的特性。这类电机多以无框的形式出现，方便使用者将其集成于相应的机器人关节模组（驱动器）之中。最为典型的是MIT Cheetah团队提出的本体驱动器，特点是：一般会集成10以内小减速比的减速箱，进一步去符合机器人低速大扭矩的应用特性，一般不使用额外的扭矩传感器，通过电流闭环的形式实现力控，永磁体可作为内转子（Cheetah初代版本），也可作为外转子（Cheetah Mini版本）。任意一款集成高减速比谐波减速器的关节驱动器，输出密度都能够轻易做到150 Nm 以上。

　　Tesla Optimus关节模组采用无框力矩电机，灵巧手采用空心杯电机。Tesla Optimus有40个自由度，对应40个伺服关节，各关节在机器人端的使用位置不一致，相应的输出特性（输出扭矩、输出速度、定位精度、旋转刚度、力感知、自锁、体积）会有所区别，按照原理区。