平安证券发布人形机器人旋转关节专题报告，指出执行器作为硬件系统核心部件占整机成本约55%。电驱动凭借成本低、控制精度高和密闭性优等特点全面替代液压方案，波士顿动力Atlas 2024年彻底转向电驱动标志着行业技术路线收敛。准直驱执行器凭借结构简单、响应快、成本低等优势正成为行业研究热点，一体化关节模组设计是降低人形机器人制造成本的关键路径。
执行器：占整机成本55%，电驱动已成绝对主导
执行器即一体化关节，本质是将电机旋转运动转化为驱动连杆机构的运动。根据集邦咨询数据，执行器是人形机器人成本最高的部分，占整体成本约55%，性能和成本主要取决于电机、减速器、编码器、伺服驱动等核心零部件的综合性能。
从动力来源看，执行器可分为液压、气动和电驱动三大类。早期液压马达功率密度远超电机（20世纪90年代约100倍），但随着钕铁硼等永磁体技术的发展，电机功率密度差距已缩小至10倍以内，且整个系统占用空间大幅缩减。电驱动凭借成本低、控制精度高和密闭性优等特点，已成为绝对主流方案。
波士顿动力全面转向电驱动，行业技术路线收敛
波士顿动力的技术路线演变清晰展示了行业趋势。早期BigDog、Petman采用液压驱动；2013年Atlas、Handle升级为电液混合；2016年Spotmini转向全电驱动；2024年新版Atlas彻底采用电驱动方案，标志着行业已全面向电机技术迭代收敛。
这一转变的核心驱动力在于永磁材料性能提升使电机功率密度大幅提高，同时电驱动系统在控制精度、响应速度、维护成本和密封性等方面具备显著优势。电驱动方案的全面胜出为人形机器人商业化落地扫清了技术路线分歧。
旋转执行器两大技术路线：高减速比与准直驱
旋转执行器主要用于肩部、髋部、腕部等需要大角度旋转的关节，目前存在高减速比和准直驱两大技术路线。高减速比方案输出扭矩大、精度高，适合下肢需要高扭矩的部位；准直驱方案具有更高的响应速度和效率，更适合肩部、肘部、腕部等小负载场景。
特斯拉Optimus全身部署14个旋转执行器，分布于肩部（6个）、腕部（2个）、髋部（4个）、躯干（2个），配置为无框力矩电机+谐波减速器+力矩传感器+编码器+驱动器+交叉滚子轴承+角接触球轴承。Optimus采用刚性驱动器方案，而宇树科技H1、智元机器人A1则采用准直驱方案。
准直驱执行器：结构简单、成本低、响应快
准直驱执行器摒弃传统力/力矩传感器，采用电流环开环力控技术，基于电机输出力矩与电流成正比的物理特性，通过监测电机绕组电流变化解算电机扭矩。技术优势体现在三方面：结构上无需额外传感器，使执行器结构紧凑、降低整体成本、减少系统复杂度与故障点；性能上调整电流即可实现精准力控，能快速响应外部指令；低传动比减速器带来低惯性，保障动态性能与安全性。
准直驱执行器凭借结构简单、成本低廉、响应速度快等特性，在人形机器人领域应用潜力巨大。从代表厂商方案可知，准直驱适配消费级高动态场景（智元A1），TSA仍用于工业级高精度任务（特斯拉Optimus关节），两类方案将长期并存。
不同执行器方案比较| 类型 | 刚性驱动器（TSA） | 弹性驱动器（SEA） | 准直驱驱动器（PA/QDD） |
|---|
| 结构配置 | 无刷电机+高传动比减速器+高刚性力矩传感器 | 无刷电机+高传动比减速器+弹性体 | 高扭矩密度电机+低传动比减速器 |
| 传感器方案 | 双位置传感器（编码器） | 三个位置传感器（编码器） | 一个位置传感器（编码器） |
| 力矩测量方式 | 应变片原理或电流 | 编码器或应变片原理 | 电流环 |
| 控制特点 | 简单、精度高 | 复杂、精度低 | 简单、精度一般 |
| 能量效率 | 效率低 | 功率一般 | 效率高 |
| 技术成熟度 | 相对完善成熟 | 主流研究中 | 发展崛起中 |
一体化关节模组是降本关键
机器人关节技术正向智能化、微型化、模块化方向发展。一体化关节模组通过集成驱动器、电机、减速器及传感器等核心部件实现紧凑设计，显著提升安装便捷性与维护效率。其优势包括性能提升（优化设计增强精度、速度、负载能力及安全性）、成本优化（标准化生产降低单位成本）、场景拓展（适配工业机械臂、服务机器人及人形机器人等多领域）。
人形机器人兴起推动关节模组需求升级，其旋转关节模组虽与协作机器人方案部分重叠，但对扭矩密度、动态响应等指标要求更高，需强化定制化开发能力。研制高性能关节模组可缩短供应链环节、降低本体企业研发成本、提升产品易用性及灵活性，是降低人形机器人整机制造成本的关键路径。
