拆解宇树G1机器人：关节的设计！

来源：市场资讯

（来源：芝能汽车）

人形机器人拆开来看，在硬件层面最重要的是关节系统，这是目前人形机器人最为核心的系统。

如果拆开来看，这是一套高度集成的“电机+减速器+传感+控制”的机电系统，关节设计水平直接决定了机器人的运动能力上限。

宇树G1机器人这一代关节系统的核心思路很清晰：用极致紧凑的结构，把高动态性能、高扭矩密度和高精度控制。

先看动力源，也就是关节电机本身，低惯量高速内转子永磁同步电机。

这类电机的优势在于“快”和“稳”：低转动惯量意味着响应速度极快，适合机器人频繁启停、快速变向的工况；内转子结构则带来更好的散热路径，使得在高功率密度下依然可以稳定运行。

从性能指标来看，这类关节电机的转速通常可以做到3000~5000RPM级别，机器人要实现超过2m/s的跑动甚至跳跃，需要高转速作为基础，再通过减速机构转化为扭矩输出。

扭矩层面，膝关节作为主要承载部位，最大扭矩可以达到90N·m，而其他关节则按照负载需求逐级递减，这种分布其实和人体结构高度一致——大关节负责承重和爆发，小关节负责精细控制。手臂负载能力约2kg，设计重点是灵活性和控制精度。

电机只是第一步，如果没有减速器，这种高转速是无法直接用于驱动关节的。

宇树G1关节的核心设计是二级行星减速机构，总减速比约为20.58，在“输出扭矩”和“响应速度”之间的平衡点。

一级和二级减速器分别采用不同齿数配置，本质上是在有限体积内实现更高减速比，保证传动效率和寿命。

相比谐波减速器，行星减速器的优势在于结构更紧凑、承载能力更强、抗冲击性能更好，对于需要频繁冲击和动态动作的机器人来说更具优势，代价是控制难度更高，对电机和控制算法的匹配要求更严苛。

结构设计上，G1机器人的关节模组的一个非常重要的趋势是“高度一体化”。

以一个典型的小腿关节为例，直径约60mm，高度70mm，重量仅525g，但内部却集成了电机、双级行星减速器、轴承、控制板等完整系统。

中空内走线设计，所有线束从电机中心穿过，提升了外观整洁度同时避免了关节运动过程中对线束的反复拉扯，从可靠性角度来看是关键优化点。

在支撑结构上，薄壁交叉滚子轴承成为核心组件之一。

这类轴承的特点是可以同时承受径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩，非常适合机器人关节这种多自由度、高复杂受力场景。

采用超薄结构（如内径35mm、壁厚仅5mm），可以在保证刚性的同时大幅压缩体积，这对于整机轻量化至关重要。这类轴承其实是实现“高刚性+小型化”的关键基础件。

当前主流方案采用“定子绕组+永磁磁钢+一体化转子轮毂”的高集成结构，这种设计的核心在于减少装配界面、提升结构刚性，同时优化磁路效率。电机在更小体积内输出更大扭矩，保持更高的控制精度。

当前普遍采用基于FOC（磁场定向控制）的永磁同步电机控制方案，通过对电流矢量的精确控制，实现对转矩和速度的高精度调节。配合双编码器设计，可以同时获取位置和速度的高精度反馈，从而构建闭环控制系统。

这种“双传感+矢量控制”的组合，是实现高动态、高精度动作的基础，比如快速起跳、稳定落地、复杂地形行走等，都依赖这一套系统。

关节控制板已经高度定制化，通常采用圆形PCB以适配紧凑空间，同时集成功率器件、控制芯片和通信模块。

小结

人形机器人关节系统正在向“电驱一体化模块”演进，类似新能源汽车里的电驱总成，只不过尺寸更小、动态要求更高、控制更复杂。

性能边界被大幅提升，高速、高扭矩、高精度可以同时实现；系统复杂度转移，从机械端转向电控和算法端；关键的和核心逐渐集中在电机、电控和关键机械件上。