特斯拉采用成熟的刚性驱动器方案，未来准直驱方案渗透率有望提高

机器人关节驱动器按动力来源可以分为液压、气动、电驱等。液压虽然功率高，但可靠性和精度低，噪音大，成本高；气动柔顺性好，安全性高，但精度差，时滞高。电驱因其精度、安静、高效方面的优势逐渐成为主流，其经过30 多年的发展，经历了从刚性驱动器、弹性驱动器到准直驱驱动器的过程。特斯拉采用的是最早推出，也是相对成熟的刚性驱动器方案。如果电机和减速器性能没有大幅提升的情况下，在双足机器人领域刚性驱动器将会逐步被取代。近几年新兴的准直驱驱动器技术发展迅速，未来有望替代传统的刚性驱动器。

刚性驱动器：最早推出相对成熟，整体设计较难创新

【资料图】

1983 年，早稻田大学研究出刚性驱动器（TSA），自此TSA 在双足仿人机器人上广泛应用。结构上，TSA 是常规无刷电机驱动高传动比减速器，有些在电机端增加刹车，在减速器和输出端增加高刚性力矩传感器。力矩测量上，TSA 是基于电流或应变片式力矩传感器。控制上，TSA 控制简单，精度高。

功率和效率方面，TSA 无功率可调，效率较低，安全性较差。TSA 整体设计方面已经较难有创新，在合适工作区间内的最大输出功率密度只能到200-300W/kg，远没有达到动物肌肉的500W/kg，同时也解决不了机器人受外部冲击时零部件强度问题，目前的研究集中在优化设计上。

弹性驱动器：技术路线多样，多数结构和控制复杂

动物利用刚柔并济的肌肉骨骼系统在运动过程中储存和释放能量，调节能量在时间和功率密度上的不匹配，提高关节爆发力，同时能够实现落地缓冲。

1995 年，MIT 推出弹性驱动器来模拟肌肉系统功能，使关节表现出柔顺、安全和高能量效率特性，目前已演化出SEA、PEA、CEA 和MEA 多种结构。

弹性驱动器多在刚性执行器的基础上串联或并联弹性体。力矩测量上与刚性传感器较为类似。控制上，多数弹性驱动器方案结构与控制复杂，精度一般。

综合来看，由于弹性体引入，系统为欠驱动，给控制带来了难度，尤其在机器人腿部使用，机器人整机的运动控制比较难实现。

准直驱驱动器：新兴技术，编码器和电机功率密度为其主攻方向

受限于工艺和技术，电机直驱的扭矩密度不能满足机器人应用的需求，因此，2016 年Wensing 等推出准直驱驱动器（PA），采用电机加低传动比减速器（如行星减速器）的方案，实现高带宽力控和良好的抗冲击能力。2023 年UCLA 也采用了类似的方案设计了不同于特斯拉的新型人形机器人结构。结构上，PA 主要由高扭矩密度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。力矩测量上，PA 应用电流环检测。控制和效率上，PA 精度高，效率高。

安全性上，PA 由于具有反驱特性，安全性好。PA 未来的主攻方向是编码器技术的创新和电机功率密度的提高。

风险提示：TSA 技术超预期突破，PA 技术突破不及预期，特斯拉机器人技术路线变更。

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