当前人形机器人商业化进程全面提速，特斯拉第三代人形机器人Optimus Gen3将于明年一季度发布并启动量产爬坡，产业链迎来定点和量产的关键节点。

特斯拉人形机器人每一代技术迭代变化，都会引领全球机器人技术发展方向并重构产业生态。

Optimus Gen3在灵活性、轻量化和智能化方面都有显著提升。根据供应链反馈，Gen3最显著的变化之一是关节模组数量从28个提升到37个，新增9个旋转关节，有望打开旋转执行器等核心环节空间。

国内方面，宇树、智元和乐聚等头部厂商资本化进程加速，小鹏和小米产品定型定点在即。

后续全球人形机器人产业持续共振，有望迎来高频催化，产业链核心零部件环节有望迎来机遇。

本文重点聚焦人形机器人旋转执行器产业链、竞争格局和产业趋势。

人形机器人执行器概览

执行器又称关节模组，是人形机器人硬件系统的关键部件，负责驱动和控制机器人各个关节和部件的运动，使其能够模拟人类的运动和行为。

关节执行器是影响机器人硬件成本和运动性能的关键部分。

目前特斯拉机器人身体关节总共28个执行器，新一代人形机器人执行器数量进一步提升至37个。

特斯拉人形机器人执行器分为旋转执行器和线性执行器2大类型6种规格。

执行器包括旋转执行器和线性执行器两大类：

线性执行器是将旋转运动转换为直线运动输出，而旋转执行器则是输出旋转运动。

两大执行器的共同点在于动力来源（无框力矩电机）、传感器（编码器、力矩传感器），不同之处在于传动机构分别是行星滚柱丝杠和减速器。

旋转执行器采用“电机 精密减速器”结构，线性执行器采用“电机 滚柱丝杠结构”。

与线性执行器相比，旋转执行器的控制算法相对简单，成本较线性执行器低，目前国内企业例如宇树、优必选等厂商发布的机器人多采用旋转关节方案。

本文重点拆解旋转执行器。

特斯拉旋转关节执行器示意图：

资料来源：Tesla Day

旋转执行器概览

旋转执行器可以实现绕单轴旋转，输出旋转运动，使人形机器人可以完成各种角度的旋转动作，通常应用在需要高扭矩的关节处，例如肩关节、腰部、髋关节等。以及需要旋转运动的部件，如手臂的旋转、头部的转动等。

人形机器人主流旋转关节模组，但也有其他解决方案：

旋转执行器主要构成包括电机（无框力矩电机）、传动部件（减速器、轴承）、传感器（力矩传感器、编码器）、驱动器。

无框力矩电机提供动力，减速器用于降低转速、增大扭矩，力矩传感器和编码器用于监测运动状态，驱动器负责控制电机的运行。

旋转执行器核心零部件构成：

01  电机

电机是人形机器人的动力输入来源，负责将电能转换为机械能，驱动机器人的关节和肢体进行精确运动。

用于人形机器人的电机类型有无框力矩电机和空心杯电机等。

无框力矩电机

无框力矩电机常用于线性关节和旋转关节，特斯拉人形机器人Optimus14个线性执行器和14个旋转执行器中都使用了无框力矩电机。

无框电机是无框架式永磁电机，核心优势是输出力矩大、结构紧凑且散热性好，采用无框电机的机器通常效率更高、重量更轻。

由于无框力矩电机的中空结构便于走线，因此适用于集成度较高的人形机器人。

旋转关节中的无框力矩电机：

无框力矩电机目前存在较高的技术壁垒，需要一体化设计并集成到机器人关节内部，定制需求强，稳定量产难。

全球市场呈头部集中的格局，海外厂商科尔摩根、威腾斯坦、Maxon等是头部玩家。

我国无框电机行业尚处于起步阶段，市场参与者数量较少，国产替代空间广阔。

国内相关厂商包括步科股份、雷赛智能、伟创电气、汇川技术、昊志机电、禾川科技、震裕科技、信捷电气、卧龙电驱等。

步科股份：2016年推出首代无框力矩电机，在国内起步较早产品性能可比肩国际一流水平。

雷赛智能：斩获高工金球奖·无框电机单项奖项，具备包括无框力矩电机、驱动器、编码器、空心杯电机、关节模组的完整产品矩阵。

伟创电气：微型无框电机用于手部、无框力矩电机用于关节，在散热和功率密度等积累技术优势。

禾川科技推出第三代Hu-mDB系列无框力矩电机。震裕科技与汇川技术联合开发无框力矩电机，应用于人形机器人执行器。信捷电气开发无刷无槽/有槽电机，适配工业场景需求。德昌股份主要做无框力矩电机，逐步在拓展无刷有齿槽电机，空心杯电机。卧龙电驱无框力矩电机、关节模组已与多家机器人客户送样测试。

直线关节和旋转关节示意：

空心杯电机

空心杯电机主要应用于灵巧手等小负载、高精度场景，大负载关节应用较少。

可以与多级行星齿轮箱、微型谐波齿轮箱配合形成紧凑驱动模组，在保持小体积的同时输出足够扭矩。

其核心技术壁垒包括线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。

新进入者的技术积累较浅，难以达到人形机器人领域的高效率等要求。

全球市场中，瑞士Maxon、德国Faulhaber（空心杯电机发明者）、瑞士Portescap等处于行业第一梯队，并已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。

鸣志电器、鼎智科技（江苏雷利控股子公司），雷赛智能、恒帅股份、步科股份、禾川科技、兆威机电、拓邦股份、拓普达等厂商在该环节均有所布局。

鸣志电器：全球领先的精密电机制造商，空心杯电机领域技术位居全球前列。产品覆盖13-30mm的所有型号，自主研发了空心杯绕组技术，用于无刷无齿槽空心杯电机的生产。其10mm无刷空心杯电机已通过特斯拉Optimus灵巧手的多轮测试验证。

鼎智科技（江苏雷利控股子公司）：国内微型空心杯技术龙头，掌握“微线圈绕制 磁钢梯度充磁”核心技术，在医疗微型泵、阀领域极具竞争力。其空心杯电机最小直径可达8mm，最大转速可达8万转/分钟，广泛应用于人形机器人手指关节、医疗器械等领域。

雷赛智能：子公司深圳市灵巧驱控技术有限公司聚焦空心杯电机以及灵巧手解决方案，构建了覆盖全规格的无刷空心杯电机产品体系，

禾川科技作为国产工业自动化领域的核心企业，推出Hu-ECU系列无刷空心杯电机，涵盖φ8mm-φ16mm多个尺寸规格。拓邦股份是国内最早从事伺服研发的企业之一，专注于无刷电机、空心杯电机及电机控制器的研发，形成“核心部件 系统集成”的全链条能力。兆威机电MC系列空心杯电机转速高达46800rpm，采用优化磁路拓扑设计，高速情况下转矩输出稳定。中鼎股份与拓普达建立合资公司协同布局微型电机。

02 

精密减速器

减速器是电机与转动装置之间的桥梁。

作为连接电机与执行机构的关键部件，主要作用是降低转速并增加输出扭矩。

通常采用齿轮、蜗杆或两者结合的传动结构，并封装于刚性壳体内，广泛应用于需要高精度控制的场景。

人形机器人用减速器可类比汽车变速箱，属于机器人的核心精密零部件之一。

目前在人形机器人本体的旋转关节模组中，可能考虑的减速器方案包括谐波减速器、行星减速器、摆线针轮减速器。可能考虑的核心指标包括回程间隙、精度、使用寿命和稳定性。

新一代Gen3人形机器人新增9个旋转关节，包括8个谐波和1个行星减速器。

谐波减速器

谐波减速器体积小、重量轻且传动比大，是旋转关节的理想选择。

在人形机器人的作用主要体现在其高精度、高扭矩和小型化的特点上。

特斯拉旋转关节对应的谐波减速器需求，分别用于肩部、肘部、腰部等部位的旋转关节中。

谐波减速器爆炸图及工作原理：

资料来源：绿的谐波

微型谐波减速器小型化优势突出，制造设备和工艺与常规产品不同，制造难度大且价格高。

日本厂商哈默纳科IH齿形专利形成垄断，国内厂商绿的谐波通过P齿形、来福谐波LS齿形等自主方案实现突破。

绿的谐波率先打破海外垄断格局近年来国内本土厂商份额提升，来福、大族、同川科技、中技克美等处于第二梯队。近年来新进入者众多，包括斯菱股份、恒工精密、新泉股份、瑞迪智驱、科达利、双环传动、中大力德、富临精工、中鼎股份、美湖股份、国茂股份、丰立智能、蓝黛科技、隆盛科技、福达股份、夏夏精密、横河精密、崧盛股份等众多厂商都在谐波减速器布局。

柔轮：谐波减速器核心部件，决定减速器精度和寿命的核心。柔轮材料端，需采用40Cr合金钢等具备高疲劳强度与纯净度的特种材料，杂质控制水平。目前柔轮材料大多依赖从国外进口，日本哈默纳科柔轮材料和技术工艺在全球范围内具有明显优势。住友和Teijin等厂商也在柔轮材料和技术工艺同样具有较高水平。

国内厂商方面，绿的谐波在柔轮制造方面拥有多项专利技术；中大力德、同川科技、大族激光、昊志机电、瑞迪智驱等在柔轮制造领域也有成熟经验。翔楼新材精密冷轧和热处理领域核心技术引领国产替代；金帝股份自主研发的“精密冲压替代锻造”工艺通过客户验证，解决了国产柔轮“卡脖子”难题；长盛轴承的谐波减速器专利中，柔轮部分采用了金属杯环和注塑壳的组合结构，保证了柔轮的强度和刚度，且降低制造成本。

行星减速器

行星减速器主要为人形机器人的关节提供动力支持，可搭配空心杯电机用于灵巧手。

新型行星减速器背隙可降至1弧分以下，有可能替代谐波减速器方案。

行星减速器行业目前呈现出集中度较低、国产替代空间较大的特点。

该市场主要由日系和德系品牌主导，头部企业竞争格局相对均衡。其中，日本新宝的市场份额约为13%，纽卡特和威腾斯坦紧随其后。

国内市场方面相比全球市场来说集中度稍高，科峰智能、纽氏达特等较早参与。此外，国内同时具备行星和谐波减速器制造能力、通过滚插路线能够实现大规模量产降本的供应链企业代表厂商包括绿的谐波、中大力德、丰立智能等。近年来浙江荣泰、兆威机电、鼎智科技、精锻科技、豪能股份、众辰科技、江南奕帆、新时达、德新科技、通力科技、宁波东力、明阳科技、五洲新春、宏昌科技等都在该领域有所布局。

新型行星减速器：

摆线针轮减速器

摆线减速器有望成为人形机器人关节传动新方向。

其兼具谐波减速器和行星减速器的优势，摆线克服了谐波柔性传动易 受瞬时冲击影响寿命的缺陷，后续有望迎来广阔替代空间。

资料来源：纳博特斯克官网

摆线减速器在高减速比和高精度情况下，负载也可保持较高水平，主要应用于人形机器人腰髋等重负载部位。

国内在摆线减速器产品上相关布局厂商包括中大力德、豪能股份、双环传动、科达利、禾川科技、福达股份、精锻科技等。例如，科达利在 WIC 展会展出 PEEK 材料谐波减速器，推出四款摆 线减速器型号，外观与一般减速器相似；禾川科技针对人形机器人设计了Hu-MCS系列轻量化高效能摆线关节执行器；双环传动子公司环动科技在摆线减速器方面有技术；崧盛股份和重庆精刚合作开发谐波减速器、摆线针轮减速器等。科盟创新/科达利新型轻量化摆线减速机，采用peek材料轻量化设计，解决谐波不耐冲击结构。

传感器是人形机器人感知系统重要元器件，目前主要有力矩传感器、触觉传感器、视觉传感器、编码器几大方向。

力矩传感器可以在各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知进行检测，将扭力的物理变化转为精确点信号的一种传感器。

按照测量维度划分：一维、三维、六维力/力矩传感器的最常见。

六维力传感器：是维度最高的力觉传感器，能够提供最高维度的力觉信息，并给出最为全面和精准的力觉数据。目前成本和壁垒都较高，可以批量化供应的企业较少。未来整机厂可能通过算法等方式减少使用量，降本后有望打开空间。相关布局厂商包括宇立仪器、坤维科技、鑫精诚、蓝点触控、昊志机电、柯力传感、东华测试、海伯森、瑞尔特等。

特斯拉人形机器人手腕和脚腕关节使用六维力矩传感器：

编码器：用于测量和反馈人形机器人关节运动信息的传感器装置。例如，当人形机器人执行一个抬腿动作时，编码器可以精确测量腿部关节的转动角度和转动速度，并将这些信息反馈给控制系统，控制系统根据这些反馈信息调整电机的输出，确保抬腿动作的准确性和稳定性。

海德汉和多摩川是编码器两大头部厂商，禹衡光学（奥普光电子公司）是国内领军企业，在光栅编码器技术方面具有自主知识产权和核心技术。

触觉传感器/电子皮肤：触觉感知与柔性电子皮肤是人形机器人的感知跨越的关键。从发展趋势来看，触觉传感器向着模拟生物皮肤复杂属性与功能的仿生化需求前进。

特斯拉Optimus人形机器人作为全球人形机器人风向标，其采用的Interlink压阻式传感器，通过压力-电阻转换原理实现触觉反馈，或有望成为长期主流路径。

目前行业处于发展早期，当前市场主要以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。

国内方面，与特斯拉技术路线一致的布局的部分厂商包括汉威科技子公司苏州能斯达研发的柔性纳米仿生电子皮肤包含压阻式技术；福莱新材FOS系列电子皮肤具备多模态感知融合（压力 温度 剪切力），采用柔性印刷电子工艺将不同功能层集成于单片基底，解决多传感器协同误差问题；德尔未来与高校联合开发自供电透明E-skin，解决传统传感器刚性问题；祥源新材生产的发泡材料可作为传感器的压电功能层，实现压力和震动的感知，在实验室技术层面验证了压阻式传感方案的可行性；申昊科技已形成接近式、预接触式、接触式、指压式四大基础产品矩阵；日盈电子电子皮肤压阻式产品聚焦于指尖，单指27触点（2温度 25压力）。

04 轴承

轴承主要应用于旋转关节执行器关节连接（包括与减速器、电机等配合使用）的轴承包括角接触轴承、交叉滚子轴承等；谐波减速器需要用到柔性轴承、滚针轴承等。

国内高端轴承市场基本被全球八大轴承企业垄断，中国企业加速突围。

从轴承市场竞争格局看，德国舍弗勒主要生产滚针轴承及液压顶杆等，日本不二越主要生产中小型球轴承，NSK主要生产小型低噪音轴承，TIMKEN主要生产英制圆锥滚子轴承。

国内厂商五洲新春已成功研发机器人谐波减速器柔性薄壁轴承等，光洋股份自研机器人减速器用交叉滚子轴承表面防腐镀黑铬技术，国机精工集中于高中端产品，万向钱潮、人本股份、龙溪股份、长盛轴承、金沃股份等也在各自技术领域有所发展。

旋转关节和线性关节使用不同的轴承：

资料来源：Tesla AI Day

此外，特斯拉机器人历次迭代最大的边际变化就是丝杠用量持续增加。

丝杠（含微型丝杠）是价值量最高的核心环节之一。丝杠在人形机器人旋转执行器中不直接应用，但作为线性执行器的核心部件，其性能间接影响旋转执行器的整体效能，且部分旋转-直线混合执行器可能集成丝杠技术。国内丝杠供应链头部厂商包括新剑传动、南京工艺等；主要布局厂商包括浙江荣泰、双林股份、北特科技、恒立液压、震裕科技、五洲新春、金沃股份等。（丝杠在后续线性执行器相关文章中另作梳理）。

而在旋转执行器关节模组厂商中，目前国内已有三花智控、拓普集团在机器人执行器领域具备领先优势。新时达发布了全栈自研关节模组。银轮股份形成了1 4 N的产品体系，包括旋转关节模组和执行器模组等。埃斯顿自研的全身一体化关节模组实现了力量与精度动态平衡。宁波华翔子公司与大寰机器人签订战略合作协议拟就特定六自由度灵巧手产品开展开发合作。

产业进展看，当下正处于特斯拉链前置、国产链资本化的窗口期。特斯拉明年一季度推出Optimus Gen3，未来供应链体系明晰后将为市场提供更明确的指引。产业链各环节厂商也有望加速迎来国产替代机遇。