轴承是人形机器人产业链的重要关节部件，主要应用于减速器、丝杠和电机等环 节。
减速器是人形机器人中核心的动力传达机构，可以类比做人的关节。减速器在原 动机和执行机构之间起到匹配转速和传递转矩的作用，主要有精密行星减速器、 谐波减速器、RV 减速器等类别。特斯拉 Optimus 机器人中，包含了 14 个谐波 减速器和 12 个行星减速器，减速器占整体价值量的比例高达 17%。
谐波减速器轴承
谐波减速器具有体积小、精度高的优势。谐波减速器是一种靠波发生器使柔轮产 生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递的传动装 置，其构造主要由带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔 轮）、波发生器三个基本构件组成。谐波传动技术突破了机械传动采用刚性构件 的模式，使用了一个柔性构件来实现机械传动，具有传动精度高、体积小的优点， 非常适合应用于人形机器人的线性关节等部位。
谐波减速器轴承包括刚性轴承和柔性轴承两大类型。刚性轴承为交叉圆柱滚子结 构，根据其使用场合分为外圈分体、内圈整体，外圈、内圈都是整体两大类，滚 动体为圆柱滚子，互成 90°垂直排列在 V 型滚道中，这种结构的轴承可同时承受 轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩等各个方向的载荷，轴承具有高精度、高刚性以 及复合承载能力。柔性轴承主要承受交变应力，由于其壁厚比较薄，在与凸轮配 合时发生一定的变形，内外圈、滚动体均采用高碳铬轴承钢，保持器采用尼龙整 体式保持器。
行星减速器
行星减速器是传动效率最高的齿轮传动结构。行星齿轮传动机构主要由行星齿 轮、行星架和太阳轮构成的行星齿轮传动机构。精密行星减速器工作时，通常是 伺服电机等原动机驱动太阳轮旋转，太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮产生自 转；同时，由于行星轮另外一侧与减速器壳体内壁上的环形内齿圈啮合，最终行 星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上滚动，形成围绕 太阳轮旋转的“公转”运动。太阳轮和齿圈存在齿数差，从而达到减速目的。
行星减速器轴承包括深沟球轴承、滚针轴承等。从行星减速器的结构来看，主要 由齿圈、中心轮、行星轮、行星架、轴承等零件构成。出力轴承和入力轴承是行 星减速器的主轴承，通常选用深沟球轴承；滚针轴承则是行星减速器行星轮轴承 的主流选择。
RV 减速器轴承
RV 减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。RV 传动是在传统针摆行星传动的基础上发展而来，具有体积小、质量轻、传动比范 围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。RV 减速器比 谐波减速器具有更高的疲劳强度、刚度和寿命，并且其运动精度不会随着使用时 间增长而显著降低，RV 减速器因为诸多优点被广泛应用于工业机器人等领域， 在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。
随着机器人行业迅速发展，RV 减速器及其所用轴承的要求越来越高。RV 减速器 用轴承主要有薄壁角接触球轴承、薄壁圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、薄壁深沟 球轴承等，1 台 RV 减速器一般需要 9-15 套轴承。随着 RV 减速器结构的标准化、 系列化，其轴承安装部位、功能及结构也逐渐固化。 角接触球轴承是 RV 减速器的主轴承，几乎承受了全部外载荷。角接触球轴承作 为 RV 减速器的主轴承，是其中的关键部件，通常采用非标设计；主轴承位于减 速器外壳与行星架之间，受到减速器外壳与行星架之间的相互作用力，包括轴向 力、径向力及倾覆力矩。 此外，RV 减速器中还有圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、深沟球轴承。偏心轴支 承轴承选用圆锥滚子轴承，主要作用为支承曲柄轴，中和由保持架产生的阻碍曲 柄轴旋转的作用力；摆线轮支承轴承多数选用圆柱滚子轴承，用于支承摆线轮圆 周运动；太阳轮支承轴承一般为薄壁深沟球轴承，主要起精确定位减速器太阳轮 位置的作用。
丝杠是将旋转运动转化为直线运动的传动元件，为关节提供精准的定位和运动控 制。丝杠类型主要包括滚珠丝杠和行星滚柱丝杠等：滚珠丝杠由丝杆轴和螺母组 成，其中螺母又由钢球、预压片、反向器、防尘器等组成；行星滚柱丝杠主要由 丝杠、滚柱、螺母、内齿圈、保持架和弹性挡圈组成，依靠多个滚柱与丝杠、螺 母之间的螺纹啮合传动来将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，其滚柱通过保 持架均匀的分布在丝杠、螺母之间。
特斯拉人形机器人使用行星滚柱丝杠，其中轴承选用深沟球轴承和四点接触球轴 承。根据特斯拉 AI Day 2022，其线性执行器方案由无框力矩电机+行星滚柱丝 杠+力矩传感器+位置传感器+轴承+编码器构成，其中轴承选用深沟球轴承和四 点接触球轴承的组合，分别位于行星滚柱丝杠的两端。
人形机器人中使用最多的为空心杯电机和力矩电机。电机按照控制方式分类，可 以分为伺服电机、步进电机。电机按照驱动方式分类，可以分为直流电机和交流 电机。直流电机中，按照线圈类型分类，可以分为有铁芯的电机和空心杯电机； 按照换向方式分类，可以分为有刷电机和无刷电机。特斯拉 Optimus 机器人中， 包含了 28 个无框力矩电机和 12 个空心杯电机，电机占整体价值量的比例高达 28%。
空心杯电机是一种微型伺服电动机。它可以利用永磁铁产生磁场，从而实现直流 供电。与传统电机的不同之处在于，空心杯电机采用的是无铁芯转子。无铁芯转 子的结构使得空心杯电机具有以下优点：（1）重量大幅降低，从而降低了电机 的转动惯量；（2）消除了由于铁芯形成涡流造成的电能损耗；（3）降低了转 子自身的机械能损耗。 人形机器人灵巧手使用的电机是空心杯电机。特斯拉人形机器人 Optimus 的灵 巧手采用经典的 6 电机驱动方案，即由空心杯电机+驱动器+减速器+编码器组成， 拇指是采用双电机驱动弯曲和侧摆，其余四指各用一个电机带动。
空心杯电机主要选用深沟球轴承或滑动轴承。以鸣志电器的空心杯电机产品为 例，有刷空心杯电机中为两个滑动轴承，成本和技术难度要低于滚动轴承；无刷 空心杯电机中为两个滚珠轴承，通常为深沟球轴承，具备高稳定性、高精度、低 摩擦等特性，在国内技术较为成熟。
无框力矩电机是一种以输出扭矩为衡量指标的无框架式永磁电机，不含轴承结 构。无框力矩电机的原理与传统的永磁电机相同，不同点主要在于结构上：无框 力矩电机没有轴、轴承、外壳或端盖，只有转子和定子两个部件。转子通常是内 部部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上；定子是外部 部件，齿轮外部环绕钢片和铜绕组，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。
