一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，是人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)種類之一，也可稱作旋轉(zhuǎn)伺服關(guān)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人靈活運(yùn)動(dòng)的核心部件，能夠在縮小體積與重量的同時(shí)提高運(yùn)動(dòng)精度。
　　關(guān)節(jié)是人形機(jī)器人剛性部件的連接裝置，并可做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)精確的位置、速度、扭矩控制，將多個(gè)部件相結(jié)合的一體化關(guān)節(jié)成為發(fā)展趨勢(shì)。按照運(yùn)動(dòng)方式不同來(lái)劃分，一體化關(guān)節(jié)主要包括一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、一體化直線關(guān)節(jié)兩大類。其中，一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是人形機(jī)器人中較為常規(guī)的關(guān)節(jié)方案。
　　一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)適用于人形機(jī)器人的軀干、上肢，可以應(yīng)用在肩部、腕部、腰部、髖部等部位。一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)主要由無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器、傳感器、控制器、編碼器等組成。與一體化直線關(guān)節(jié)相比，一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的主要區(qū)別在于不使用行星滾柱絲杠，而是采用諧波減速器，工作時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
　　一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的工作原理是，無(wú)框力矩電機(jī)根據(jù)控制器指令產(chǎn)生動(dòng)力，諧波減速器進(jìn)行高精度減速、扭矩放大并平穩(wěn)傳遞動(dòng)力，傳感器感知旋轉(zhuǎn)力等參數(shù)，編碼器作為反饋裝置，將反饋信號(hào)傳輸給控制器，控制器基于反饋信號(hào)對(duì)無(wú)框力矩電機(jī)進(jìn)行控制。
　　作為人形機(jī)器人的核心部件之一，一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，可動(dòng)態(tài)修正誤差，具有剛度高、運(yùn)動(dòng)精度高、功率密度高、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。在多個(gè)組成部件中，編碼器與諧波減速器是確保一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)高精度的關(guān)鍵，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)主要有海德漢、多摩川、哈默納科、綠地諧波、來(lái)福諧波等。
　　預(yù)計(jì)2025年，我國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)50億元，未來(lái)5年市場(chǎng)將持續(xù)快速增長(zhǎng)。為提高靈活度，人形機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量不斷增加。例如2023年特斯拉發(fā)布的人形機(jī)器人“擎天柱（Optimus）”擁有40個(gè)關(guān)節(jié)；2024年上海矩陣超智集成系統(tǒng)有限公司推出的人形機(jī)器人“MATRIX-1”擁有77個(gè)關(guān)節(jié)。在此背景下，一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)市場(chǎng)發(fā)展空間大。
　　我國(guó)一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)研究機(jī)構(gòu)與布局企業(yè)有北京航空航天大學(xué)，專利為“一種面向水下機(jī)器人的密封式旋轉(zhuǎn)伺服關(guān)節(jié)”，伽南科技（北京）有限公司，專利為“一體化關(guān)節(jié)電機(jī)執(zhí)行器、機(jī)器人”，上海捷勃特機(jī)器人有限公司，采用無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器、雙編碼器等制造高精度智能一體化旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等。