人形機(jī)器人減速器選擇應(yīng)滿足兼具輕小化、較高額定輸出扭矩的要求。根據(jù)《高扭矩仿人機(jī)器人驅(qū)動單元研究》，輸出扭矩高的驅(qū)動單元往往外形尺寸更大，但在面向多自由度、小體積仿人機(jī)器人應(yīng)用時會導(dǎo)致關(guān)節(jié)龐大笨重，嚴(yán)重影響機(jī)器人的運動性能；而較小體積的驅(qū)動單元其扭矩密度較小，會導(dǎo)致人形機(jī)器人無法勝任負(fù)載需求較高的任務(wù)，從而限制機(jī)器人應(yīng)用場景。由驅(qū)動單元的情況可以看出對減速器選擇上應(yīng)兼顧輸出扭矩高的同時對質(zhì)量和尺寸更小的要求。
10kg 末端負(fù)載的仿人機(jī)械臂要求其減速器最大輸出扭矩不低于 30Nm。人形機(jī)械手臂一般要求其擁有搬運貨物和協(xié)助操作工完成裝配等任務(wù)的功能，根據(jù)仿人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以浙江大學(xué)團(tuán)隊設(shè)計的末端負(fù)載為 10kg 的仿人機(jī)械臂為例，樣機(jī)的外形尺寸為 88.5mmx35mm，總重量為 0.834kg， 其需要做往復(fù)擺臂運動，仿真后獲得單個運動周期內(nèi)最大扭矩為 25.64Nm， 考慮到冗余設(shè)計，減速器最大輸出扭矩應(yīng)不低于 30Nm。
人形機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)和運動體系復(fù)雜，需要設(shè)計多個自由度，因此對減速器質(zhì)量和性能要求更大。人形機(jī)器人是一個非常復(fù)雜的運動體系，需要做 到平衡和靈活運動，因此在其腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計上的運動平衡和控制尤為重要。根據(jù) Tesla Bot 發(fā)布信息，其腿部一共配有 12 個自由度，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)顯示，廣東工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊設(shè)計的一款機(jī)器人中其腿部也包含 12 個自由度，分別為髖關(guān)節(jié) 3 個自由度，包含偏航、翻轉(zhuǎn)、俯仰關(guān)節(jié)；膝關(guān)節(jié) 1 個自由度，包含一個俯仰關(guān)節(jié)；踝關(guān)節(jié) 2 個自由度，包含俯仰、翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
在與人體比例相仿的腿部環(huán)節(jié)，要求關(guān)節(jié)輸出扭矩至少保證 50±5Nm 。常見的仿人機(jī)器人下半身質(zhì)心通常在膝關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)略高一點的位置，因此，低功耗、高效率的腿部設(shè)計應(yīng)盡可能提高質(zhì)心高度。根據(jù)《基于準(zhǔn)力矩電機(jī)驅(qū)動的仿人機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計》所列指數(shù)，其設(shè)計的產(chǎn)品腿部長度為 875mm，胯度 348mm，側(cè)寬 183mm，大腿長 300mm，小腿長 350mm，總體與人體比例相仿。測試得到腿部關(guān)節(jié)輸出扭矩至少要保證 50±5Nm 。
結(jié)合機(jī)器人關(guān)節(jié)對于重量、尺寸以及輸出扭矩的較高要求，精密行星減速器、RV 減速器、諧波減速器有望率先用于機(jī)器人關(guān)節(jié)。圓柱減速器、三環(huán)減速器以及擺線針輪減速器即使將重量、體積等參數(shù)做到很小，但對于額定輸出功率將很難滿足要求；低傳動比的行星減速器可以通過多級傳動的方式來提升額定輸出扭矩；濾波減速器雖然性能較優(yōu)，但由于還處于技術(shù)研發(fā)階段，未能大面積商用。因此，從當(dāng)下人形機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計的角度來看，行星減速器、諧波減速器以及 RV 減速器有望率先使用。
人形機(jī)器人用減速器市場，我們判斷行星減速器、諧波減速器以及 RV 減 速器有望率先受益，以 Tesla Bot 人形機(jī)器人為例，我們根據(jù)其各關(guān)節(jié)自由 度情況，假設(shè)其單臺機(jī)器人關(guān)節(jié)處所用行星減速器/諧波減速器/RV 減速器 用量分別為 25/20/3 個左右，則在樂觀假設(shè)下，100 萬臺 Tesla Bot 人形機(jī) 器人有望實現(xiàn) 275 億市場規(guī)模。
精密減速器作為技術(shù)密集型行業(yè)，其包括材料、加工工藝、加工設(shè)備等方 面存在較高技術(shù)壁壘，先進(jìn)入者具備先發(fā)優(yōu)勢。因此當(dāng)下精密減速器市場 仍由德日品牌主導(dǎo)。其中，以哈默納科為主導(dǎo)的諧波減速器市場有望進(jìn)一 步向輕量化、電機(jī)一體化方向發(fā)展；以納博特斯克為主導(dǎo)的 RV 減速器市 場國產(chǎn)替代趨勢正在加速。