宇樹 G1 深度拆解:關節、散熱、腳踝與電源系統

從舍弗勒與 Munro Live 對 Unitree G1 的拆解討論,可以看到人形機器人真正困難的地方並不只是“站起來、走起來”,而是如何在成本、扭矩密度、熱管理、可維修性和量產速度之間做取捨。

舍弗勒之所以關注人形機器人,並不是單純因為機器人概念火熱,而是因為它看到了一個與汽車工業高度相似的機會:複雜機電系統需要被拆成一批可以規模化製造、持續降本的核心部件。

視訊中那台採用透明外殼和綠色照明的人形機器人,是舍弗勒用來呈現其人形機器人產品組合的展示樣機。透明結構讓肩、髖、膝、踝等關鍵部位更直觀,也便於說明執行器、傳動、軸承和感測器等能力可以進入人形機器人機電系統的那些層級。

開場行走鏡頭提醒我們:所有執行器和結構選擇,最終都要回到真實動態運動裡驗證。

在人形機器人中,執行器、控製器、電機、齒輪箱、軸承、感測器、電池都不是孤立存在的零件。它們共同決定機器人能否穩定運動、能否承受衝擊、能否長時間工作,也決定未來成本能否從實驗室等級降到消費級或工業部署等級。

舍弗勒展示的產品組合覆蓋旋轉執行器、準直驅執行器、線性執行器、滾珠絲槓、行星滾柱絲槓、軸承與力感測器等。按照其說法,這些能力已經覆蓋一台人形機器人超過一半的關鍵內容。真正的挑戰,是把這些部件從“能用”最佳化到“可規模化量產”。

透明外殼和綠色照明讓關鍵關節部件更容易辨認,也使舍弗勒的產品組合覆蓋範圍更直觀。

胸腔和肩部區域顯示,執行器、結構件、電子模組和供應鏈能力必須一起設計。

應變波齒輪與行星齒輪的取捨

拆解討論中最核心的對比,是應變波齒輪和行星齒輪。應變波齒輪,也就是常說的諧波減速器,可以在很小體積和重量下實現很高減速比,例如100:1 甚至更高,同時幾乎沒有背隙。這也是它長期被工業機器人採用的重要原因:位置控制精度高。

但人形機器人面對的問題不同。高減速比帶來的一個代價是反向驅動能力差。對於膝關節這類可能承受衝擊的部位,如果外部衝擊從輸出端傳回機構,柔輪等部件可能面臨損傷風險。人形機器人不是固定工位上的工業臂,它需要與地面、外部環境和自身動態衝擊不斷互動。

Unitree G1 使用的許多關節則更偏向兩級行星齒輪方案,減速比大約在15:1。它的體積和重量更大,位置背隙也更明顯,但優勢是更容易反向驅動,也更接近準直驅 QDD 的控制思路。由於減速比較低,系統可以通過輸入電流推算輸出扭矩,不一定必須在輸出端加扭矩感測器,這種“扭矩透明性”對動態控制很重要。

應變波齒輪適合高減速比和高定位精度,但在反向驅動和衝擊場景下也有代價。

低減速比行星方案犧牲部分精度,但更有利於動態互動和扭矩估計。

拆開的齒輪元件把“抗衝擊”和“可反驅”的討論變得更具體。

不同尺度的關節零件並列,能看出體積、扭矩和封裝之間的互相牽制。

齒輪、電機、線束和小緊韌體共同構成關節的真實成本。

這不是簡單的“誰更先進”的問題,而是位置精度、扭矩透明性、抗衝擊能力、成本、重量和體積之間的系統取捨。

G1 的設計明顯服務於快速上市

拆解者反覆提到一個訊號:Unitree G1 的很多結構件是 CNC 鋁坯加工件,而不是更適合高產量的鑄件。對於成熟量產產品來說,大量 CNC 加工通常不是最低成本方案;但在早期迭代中,它可以顯著縮短開發周期。

寬幅拆解視角顯示,整機複雜度來自許多中小零件的組合;這種可拆、可換、可試錯的結構,很符合早期產品快速迭代的目標。

一旦設計定下來,CNC 可以快速出件,不需要等待模具開發。這讓企業能更快把機器人交給實驗室、開發者和早期使用者,用真實硬體推動軟體成熟。對於人形機器人來說,軟體、控制策略和真實場景資料往往是最長周期的部分。

大量緊韌體也體現了類似邏輯。螺釘連接不一定是最終最優雅的裝配方式,但它開發快、可替換、可維修,適合早期產品快速迭代。G1 的工程決策顯然把“先進入市場、先跑起來”放在了很高的位置。

CNC 鋁件讓研發樣機更快成形,也讓後續改版更靈活。

外殼內部的開孔和壁厚體現了 CNC 快速迭代階段的結構取捨。

這一章的關鍵不是“CNC 是否高級”,而是 G1 把硬體做成了適合快速試錯的形態:先把機器人交到真實使用者手裡,再用下一輪設計消化成本和製造問題。

熱管理是執行器能否持續工作的關鍵

人形機器人執行器不是短時演示裝置。膝關節、髖關節等高負載部位會持續產生熱量。視訊中提到的一個基本原則很直接:處理熱量最好的辦法,是一開始就儘量少產生熱。

降低繞組電阻、提升電機效率,可以減少熱源本身。與此同時,G1 也採用多種散熱策略:電機外徑與鋁製結構件夾緊,通過結構件導熱;高佔空比部位使用熱管,把熱量從電機附近高效轉移到更容易散熱的區域;髖部執行器還使用離心風扇與導風結構,將氣流引過執行器和電子部件。

熱管把局部熱源引到更容易散熱的結構區域。

電機繞組、控制板和外殼之間的熱路徑,決定持續輸出能力。

殼體既承擔結構任務,也承擔導熱和裝配定位任務。

拆開的髖部模組揭示了電機、殼體、電子件和散熱路徑之間的耦合。

熱管尤其值得注意。它本質上借助工質相變傳遞熱量,這一技術常見於筆記型電腦 CPU 散熱,但用於電機定子冷卻並不常見。人形機器人正在吸收消費電子、汽車和工業自動化等多個行業的成熟技術。

持續輸出能力不是靠某一個散熱零件解決的,而是“少生熱、快導熱、不堵風道”三件事同時成立。

腳踝為什麼不能簡單塞一個大電機

腳踝和手腕是人形機器人中非常難處理的部位。人類腳踝很小,但需要俯仰和橫滾兩個自由度,還必須承受身體重量與動態衝擊。如果把執行器直接做進腳踝,結構會變得腫大、笨重,遠端質量也會增加,影響運動控制。

Unitree G1 使用了類似 RSU 的遠端驅動策略。電機不直接放在腳踝處,而是通過拉桿驅動萬向節結構。兩根拉桿可以共同提供俯仰方向的動力,也可以通過差動運動實現橫滾方向控制。這樣可以把電機質量上移,讓腳踝更緊湊。

腳踝遠端驅動讓電機質量上移,但回饋、衝擊吸收和控制耦合也一起變複雜。

但這也帶來新問題。由於它是並聯機構,扭矩透明性會變複雜,控制系統更難區分來自俯仰和橫滾的阻力。外露的萬向節、球鉸和油脂也意味著,如果要進入家庭清潔或工業生產環境,還需要更好的防塵、防污染和耐久設計。

外露油脂提醒我們,演示機結構要進入真實環境,還要補上密封、防塵和維護設計。

關節蓋板和腳踝上方模組說明,緊湊腳部並不等於結構問題消失,而是被轉移到小腿內部。

DC 母線、電容與模擬

G1 的關節附近可以看到帶大量電容的電路板。這些電容並不是裝飾,而是服務於整個電機系統的電壓穩定。人形機器人裡的每個電機既可能作為電機消耗電能,也可能在外力驅動時像發電機一樣回饋能量。

這些電容是在給多電機系統留緩衝,避免回饋能量和瞬態負載把母線電壓拉得太亂。

當多台電機串聯在同一 DC 母線上,各自不斷在驅動和發電狀態之間切換時,母線電壓會產生波動。電壓波動會壓縮電流控制裕量並擾動動態響應,從而增加精確扭矩控制的難度。電容的作用是儲存部分能量,平滑電壓紋波,讓電機控制更可靠。

這也解釋了為什麼人形機器人需要高品質數字模型。只有在系統模擬中提前看到 DC 母線的不穩定程度,工程師才知道需要多少電容、放在那裡、如何散熱。否則就只能依賴硬體迭代,而硬體迭代往往以月為單位。

電容板、線束和腿部空間綁在一起,電氣穩定最終會變成封裝問題。

線束走向決定維護、散熱和抗振動可靠性,也決定後續量產裝配難度。

電源系統不是背景設施,而是每個執行器共享的動態約束。DC 母線越穩定,電流環和扭矩控制越容易保持一致。

旋轉執行器還是線性執行器

Unitree G1 的一個特點是大量使用旋轉執行器。人體關節本質上大多是旋轉關節,因此直接使用旋轉電機似乎最自然。線性執行器通常要先由旋轉運動通過絲槓轉換成直線運動,再把直線運動轉換回關節旋轉,路徑更繞。

但線性執行器也有自己的優勢。比如在膝蓋、肘部或前臂等位置,線性執行器可能更容易封裝,也可能在特定強度重量比下更合適。滾柱絲槓適合在緊湊空間內輸出大力,滾珠絲槓效率更高,長行程場景又可能選擇傳統非倒置滾柱絲槓。

線性執行器在腿部封裝中可以承擔高負載直線輸出。

絲槓類方案把旋轉運動轉換成直線運動,適合特定負載路徑和空間約束。

內部螺紋與絲槓元件,是線性執行器把旋轉變成直線輸出的關鍵部件。

滾柱絲槓近景說明,直線輸出方案同樣需要很高的加工和裝配精度。

真正的答案取決於負載路徑、封裝空間、成本、效率、可控性和耐久性。人形機器人並沒有單一標準答案,每個關節都是一次系統工程選擇。

肘部結構展示了旋轉關節在手臂封裝中的直觀優勢。

肩部叉架體現了多自由度關節的結構複雜度。

旋轉和線性不是路線之爭,而是每個關節面對負載路徑、空間邊界和製造成本時做出的局部選擇。

從 1000 美元到 100 美元

拆解討論裡最有產業意味的一點,是汽車行業的規模化方法可能會重塑人形機器人執行器成本。視訊嘉賓給出的目標量級,是把單個執行器從約 1000 美元降到約 100 美元;而一台人形機器人可能需要二十多個執行器,因此這類降本不是可選項,而是規模化部署的前提。

真正需要降本的不是單個零件,而是整套執行器、結構、電源和裝配系統。

汽車行業曾經把許多精密部件從小批次高成本,推進到百萬級年產和大幅降本。舍弗勒等汽車供應鏈企業進入人形機器人,帶來的不只是某個具體零件,而是面向規模製造、成本控制和供應鏈最佳化的一整套方法。

這可能是人形機器人從演示產品走向真實部署的關鍵:不是單個技術突破,而是每一個零件都被重新設計為可量產、可驗證、可降本。

真正的降本路徑不是把某個執行器砍便宜,而是讓材料、加工、裝配、測試、維修和供應鏈一起進入規模化循環。

結語

Unitree G1 的拆解顯示,人形機器人遠不只是 AI、運動控制或外觀設計的競賽。它是一場執行器、傳動、熱管理、結構件、電源系統、感測器、模擬模型和製造工藝共同參與的系統工程。

圍繞一張拆解桌展開的討論,正是人形機器人產業從演示走向工程化的縮影。

G1 的許多設計並不一定是最終答案,但它清楚展示了一個早期量產產品的工程哲學:用可快速迭代的硬體盡快進入市場,讓真實機器人跑起來,再把問題帶回下一代設計。

這也是當前人形機器人產業最值得看的地方。真正的競爭不只在機器人能不能走路,而在誰能把複雜系統拆成可量產、可降本、可持續最佳化的工程模組。 (AI工業)