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执行器是机器人硬件系统中极为关键的部件，主要负责将能量转化为机器人的机械运动。

执行器可按不同方式分类

按运动形式：分为关节模组与直线执行器。关节模组用于使机器人关节实现旋转运动，直线执行器用于推拉动作，例如手臂的伸缩。

Laifual 是中国谐波减速器与关节模组的领先制造商之一，已建立完整的自主研发与生产体系。

按动力源： 分为液压、气动或电动执行器。人形机器人通常采用电动执行器，因其精度高、噪声低，且便于实现网络化反馈。

Laifual 的关节模组可装配于机器人中，由电动执行器驱动。

按驱动方式： 分为传统刚性执行器（TSA）、串联弹性执行器（SEA）和本体感知执行器（PA）。传统刚性执行器主要由电机、减速器、编码器和力矩传感器组成。

串联弹性执行器模拟肌肉系统，具有柔顺性和高能效。本体感知执行器不依赖额外的力或力矩传感器，可直接感知机器人与外部环境之间的相互作用力。

目前传统刚性执行器是主流方案，而本体感知执行器是近年来的研究热点。Laifual 的关节模组采用传统刚性执行器（TSA）驱动方式。

关键技术参数

人形机器人的技术参数反映其能力与最大作业性能。主要参数包括自由度、额定负载、工作空间和工作精度。

以下对部分主要技术参数作详细说明：

自由度（DOF）： 指机器人可控制的独立运动方向数量，根据用途设计。人形机器人通常模仿人的动作；自由度越多，越接近人手的机能，通用性越好，但结构也更复杂，对整机的要求随之提高。

额定负载： 也称有效负载，指机器人在正常工作条件下可持续承受的最大重量。它通常影响机器人的搬运与作业能力。负载较大时，单纯提高电机功率并不经济，更合适的做法是通过减速器在适当转速范围内提升输出转矩。

工作空间： 也称工作范围或工作行程，指机器人能够到达所有位置的区域。工作空间的大小和形状取决于机器人设计与关节自由度，反映其作业能力；它不仅与机器人连杆尺寸有关，也与机器人整体结构有关。

工作精度： 指机器人在执行任务时能达到的位置精度与重复定位精度。重复定位精度取决于机器人关节减速器与传动装置的精度，而绝对精度取决于控制算法、编码器精度以及减速器与传动装置精度的综合表现。高精度机器人适合需要精细作业的任务。

其他参数包括工作速度、控制方式、驱动方式、安装方式、电源容量、机器人质量和环境参数，它们决定了机器人可工作的条件。这些技术参数共同界定人形机器人的性能特征，决定其在具体应用场景中的适用性与效率。

设计和选型人形机器人时，需结合任务要求与工作环境考虑这些参数，以确保机器人能够满足预期的工作要求。

案例分析：Tesla Optimus 执行器技术框架

2022 年 10 月 1 日，Tesla 在 AI Day 上发布 Optimus；2023 年 12 月 14 日，Tesla 发布 Optimus-Gen2。

主要自由度： Optimus 共 28 个自由度，其中 14 个旋转自由度（关节模组）、14 个直线自由度（直线执行器）。Optimus Gen2 在颈部增加 2 个自由度，整机共 30 个自由度。

灵巧手自由度： Optimus 灵巧手有 6 个主动自由度和 5 个被动自由度；Optimus-Gen2 提升至 11 个主动自由度，并在每个指尖增加触觉传感器。

Tesla Optimus Gen2 的执行器方案来源： BenMo Research、Robot Heart、Tesla 官网、长城证券产业金融研究院。注：数字单位为个。

直线执行器

Tesla Optimus 直线执行器的配置为：无框力矩电机1 + 行星滚柱丝杠1 + 力传感器1 + 编码器1 + 驱动器 + 滚珠轴承1 + 四点接触球轴承1。

Tesla Optimus 直线执行器结构，来源：Tesla

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  • 丝杠：采用反向式行星滚柱丝杠，刚性强。
  • 编码器：采用位置传感器。
  • 力传感器：由于丝杠不可反向驱动，配置了力传感器。

• 轴承：采用深沟球轴承和四点接触球轴承。

Tesla Optimus 直线执行器结构，来源：Tesla

关节模组

Tesla Optimus 关节模组的配置为：无框力矩电机1 + 谐波减速器1 + 力矩传感器1 + 编码器2 + 驱动器1 + 交叉滚子轴承1 + 角接触球轴承*1。

Tesla Optimus 关节模组结构，来源：Tesla

• 电机：采用 Tesla 自研的永磁电机。
• 减速器：采用谐波减速器，结构简单、减速比大、传动精度高、传动效率高。
• 位置传感器：采用两个编码器，分别为输入位置编码器和输出位置编码器。
• 力矩传感器：采用非接触式力矩传感器。
• 轴承：采用角接触轴承和交叉滚子轴承。

Tesla Optimus 关节模组结构，来源：Tesla

Laifual 实现机器人核心部件的自主研制与生产

执行器的核心部件包括电机、减速器、丝杠、编码器和力矩传感器。

电机：执行器系统的“血管”。它根据接收到的转矩、转速和位置指令信号驱动机件完成特定动作。此外，电机内的编码器、力传感器等各类传感器会将电机与机件的实时运行信息反馈给驱动器和控制器，从而实现精确的运动控制。

执行器的驱动源可以是直流电机、交流电机、步进电机或伺服电机，取决于所需转矩、转速、精度和控制要求。人形机器人主要采用集成度高、运动控制精确、转矩输出高效的无框力矩电机。

谐波减速器：电机与传动装置之间的桥梁。其作用是将伺服电机输出的高转速、低转矩动力转换为低转速、高转矩动力，使机器人能够承受更大负载并驱动机器人关节。受电机制造技术限制，机器人执行器中减速器与电机通常配合使用。

常见减速器类型包括谐波减速器、行星减速器和 RV 减速器。Laifual 作为全球知名制造商，已有 10 余年专注生产谐波减速器的经验。作为中国市场排名前 3 的制造商，Laifual 的市场份额最高达 9%，为模组开发提供了有力的技术与经验支撑。

编码器：驱动与控制信息的反馈装置。用于测量并反馈执行器的位置、速度和加速度。它安装在伺服电机上，将角位移（码盘）或直线位移（光栅尺）转换为电信号，反馈转子位置与转速，并将获取的运动信息转换为脉冲信号送入驱动器进行信息比对，实现闭环控制。

编码器可以是光学式、磁式或机械式，为闭环控制提供必要的反馈信息。机器人中常用的编码器包括光电编码器和磁编码器。目前光电编码器技术更成熟、精度更高；磁编码器在理论上成本更低，未来前景可观。