Humanoid Actuation Report
2025-2026 Analysis
現代ヒューマノイドロボットにおける
アクチュエーション技術の包括的解析
コンポーネント仕様、サプライチェーン動態、および性能工学に関する詳細報告書
1. 序論：身体性AIの運動学的基盤と「電気機械的収束」
人型ロボット（ヒューマノイド）が研究室の好奇心の対象から、実用的な産業労働力へと移行する現在のフェーズにおいて、その成否を握るのは人工知能（AI）の進化だけではない。むしろ、物理的な作業を遂行するための「筋肉」にあたるメカトロニクス、すなわちアクチュエーター（駆動装置）の成熟が決定的な要因となっている。2025年から2026年にかけてのロボット工学の潮流は、かつてBoston Dynamicsの初期モデルが象徴していた油圧駆動から、電気機械式アクチュエーションへの完全な移行、いわば「電気機械的収束（Electromechanical Convergence）」によって定義される。
この技術的転換は、工場環境における静音性、エネルギー効率、およびメンテナンスの簡素化という実需に基づいている。しかし、この電動化のコンセンサスの中で、エンジニアリング哲学は大きく二つの陣営に分岐している。
- 剛性制御（Rigid Control）：TeslaのOptimusに代表される、位置制御の剛性と高出力を重視し、遊星ローラースクリュー（Planetary Roller Screw）などの直動機構や高減速比のギアを用いるアプローチ。
- 準直動駆動（Quasi-Direct Drive: QDD）：Unitreeや学術研究界が推進する、低減速比の遊星ギアと高トルクモーターを組み合わせ、バックドライバビリティ（逆駆動性）と衝撃吸収性を重視するアプローチ。
本報告書は、世界をリードするヒューマノイドプラットフォーム――Tesla Optimus、Boston Dynamics Atlas（電動）、Unitree H1/G1、Figure 02、Fourier GR-1、Xiaomi CyberOne、Agility Robotics Digit――を対象に、その関節駆動システムを構成するモーターおよび減速機の種類、採用メーカー、型式、性能を徹底的に調査・分析したものである。
2. コア技術アーキテクチャの分類と定義
各ロボットの具体的なコンポーネント選定を論じる前に、現代のヒューマノイド駆動系を構成する技術的分類を定義する。アクチュエーターは、一般にモーター、減速機、センサー、コントローラーの統合モジュールとして設計される。
2.1 プライムムーバー：電気モーターのトポロジー
産業用ロボットアームで使用される重厚なハウジング付きサーボモーターとは異なり、ヒューマノイドでは重量制約が極めて厳しいため、フレームレス・トルクモーター（Frameless Torque Motor）が標準となっている。
- ラジアルフラックスモーター（Radial Flux Motor）： 磁束が回転軸に対して垂直方向に流れる、最も一般的な構成。UnitreeのM107シリーズやTeslaの回転関節など、多くのプラットフォームで採用。製造プロセスが確立されており、コストと性能のバランスに優れる。
- アキシャルフラックスモーター（Axial Flux Motor）： 磁束が回転軸と平行に流れる。「パンケーキ型」とも呼ばれ、薄型で高いトルク密度を実現する。次世代機の股関節など、幅の制約が厳しい部位での採用が増加傾向にあるが、製造難易度は高い。
ここでの決定的な指標はトルク密度（Nm/kg）である。最新のヒューマノイド用モーターは、四肢の慣性モーメントを最小化するため、ピーク時で20～30 Nm/kg以上の密度を目指して設計されている。
2.2 変速と増幅：精密減速機の種類
電気モーターは高速回転・低トルクであるため、ロボットの関節運動に必要な低速・高トルクに変換するための減速機（Reducer）が不可欠である。
波動歯車装置（ハーモニックドライブ）
楕円形のウェーブ・ジェネレータがフレクスプラインを変形させて噛み合わせる。バックラッシュ（ガタ）がゼロで極めて小型軽量だが、衝撃荷重に弱く歯飛びのリスクがある。上半身の精密動作に用いられる。
遊星歯車減速機（Planetary Gearbox）
中心の太陽歯車が複数の遊星歯車を駆動する。高効率（95%以上）、高い耐衝撃性、低コスト。バックラッシュが存在するが、低減速比（5:1〜10:1）で用いることでQDD方式を実現し、脚部の衝撃吸収に適する。
サイクロイド減速機（RV減速機）
偏心運動する曲線板を用いる。極めて高い剛性と耐衝撃性を持つが、重く大きい。大型ヒューマノイドの股関節や膝（Digit、Atlas）の主要関節に用いられる。
遊星ローラースクリュー（Planetary Roller Screw）
回転運動を直動（リニア）運動に変換する。ボールねじに似ているが、ローラーを使用することで接触点を増やし、圧倒的な推力密度と耐衝撃性を実現。Tesla Optimusの下半身で採用されている。
3. プラットフォーム別詳細分析：仕様とサプライチェーン
3.1 Tesla Optimus (Gen 2)
設計哲学: 産業用ハイブリッドと垂直統合。EV製造で培ったモーター技術を応用し、下半身にリニアアクチュエーター（直動駆動）を広範に採用している点が特徴。
| 部位 | 駆動方式 | 減速・伝達機構 | モーター型式 | 推定スペック | サプライヤー・備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| 下半身 | リニア | 反転遊星ローラースクリュー | フレームレスPMSM | 推力: ~8,000N | 製造はBest PrecisionやHengli等の中国トップメーカー、統合はSanhua等が担当と推測。 |
| 上半身 | 回転 | 波動歯車装置 | フレームレスPMSM | 減速比: 50:1 – 100:1 | プロトタイプはHDS製、量産はLeaderdrive等への切り替えか内製化。 |
| 手首/手 | ワイヤ駆動 | 超小型遊星/ウォームギア | マイクロモーター | 11自由度 | MaxonやMoons’ Electricが有力候補。 |
Teslaが膝や股関節に遊星ローラースクリューを採用した理由は、その圧倒的な「耐衝撃性」にある。歩行時の数千ニュートンの衝撃に対し、点接触のボールねじでは耐えられないが、多数のローラーが線接触するこの機構は耐えうる。サプライチェーンでは、これまでニッチだったこの部品の生産能力を、Sanhuaなどのティア1を通じて中国メーカーと連携し、急速に拡大させている。
3.2 Unitree Robotics H1 & G1
設計哲学: 高トルク密度による準直動駆動 (QDD)。四脚ロボットの技術を応用し、「関節モーター」自体を製品化するほど内製化が進んでいる。
| 部位 | 機構 | モーター型式 | スペック | サプライヤー・備考 |
|---|---|---|---|---|
| 股/膝 (H1) | 一段遊星歯車 | Unitree M107 | 最大トルク: 360Nm | 完全内製。高トルク密度、中空シャフト構造。 |
| 全身 (G1) | 遊星/波動混載 | Unitree Custom | トルク: 120Nm | 量産価格1.6万ドルを目指したコストダウンモデル。 |
詳細分析： Unitree H1がバク転を実現できるのは、M107モーターと低減速比ギアの組み合わせによる高いバックドライバビリティ（衝撃をモーターへ逃がす能力）のおかげである。精密な位置決めよりも、ダイナミクスと堅牢性を優先した設計思想だ。
3.3 Boston Dynamics Atlas (All Electric)
設計哲学: 重厚長大からの脱却と自動車グレードの信頼性。現代自動車グループ傘下で、油圧から電動へ完全移行し、商用化を目指す。
| 部位 | 機構 | スペック | サプライヤー・備考 |
|---|---|---|---|
| 全身 | 高剛性減速機 (Cycloidal?) | 可搬: 50kg, 360度回転 | Hyundai Mobisとの提携によりアクチュエーターを共同開発・供給。 |
| 主要関節 | サイクロイド相当 | 高衝撃対応 | 産業用アーム技術を小型化し、自動車産業の量産規模を持ち込んでいる。 |
詳細分析： Hyundai Mobisがサプライヤーである点が重要。既存のロボット部品メーカー市場に、自動車ティア1の品質と量産力が参入したことを意味する。360度回転する関節は、高度なスリップリング技術と高出力密度設計の証である。
3.4 Fourier Intelligence GR-1
設計哲学: リハビリ工学からの応用。外骨格ロボットの技術を活かし、高トルク・低速動作に強みを持つ。
| 部位 | 機構 | モーター | スペック | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 脚部 | FSA (Fourier Smart Actuator) | 自社製 | 300Nm, 可搬50kg | Leaderdrive製の波動歯車や遊星ギアを採用し、コスト競争力を確保。 |
詳細分析： 自重55kgに対し可搬50kgという驚異的な比率を実現。中国のトップギアメーカーLeaderdriveの部品を活用することで、高性能と低コストを両立している。
3.5 Figure AI – Figure 02
設計哲学: 完全統合型モノコックデザイン。配線を露出させない洗練されたデザインと、工場での安全性を重視。
詳細分析： 「統合配線」は、アクチュエーターのケース自体がロボットの外骨格を兼ねていることを示唆する。放熱性に優れるが、修理難易度は高い。手部にはMoons’ Electric等の精密モーターが使われている可能性が高い。
3.6 その他主要プレイヤー
Xiaomi CyberOne
民生用電子機器のスケールメリットを活かす。特殊な部品は避け、入手容易な標準的な波動歯車や遊星ギア（Green Drive, Inovance等）を採用し、コストパフォーマンスを追求。
Agility Robotics Digit
物流特化型。脚部にハーモニックではなくサイクロイド減速機を採用。倉庫内で頻発する「つまずき」や「急停止」による衝撃でギアが破損するのを防ぐため、耐久性を最優先した設計。
4. コンポーネント別詳細解説とサプライチェーン動向
4.1 モーター（Prime Movers）
現在主流のフレームレスPMSMは、ハウジングを持たないキットである。トレンドはトルク定数（Kt）の最大化で、ラジアルフラックス型で極数を増やし大径化する手法が一般的（Unitreeなど）。
主要メーカー：Kollmorgen（米）、T-Motor/Alva（中）、Inovance/Estun（中）。
4.2 減速機（Reducers）
- 波動歯車装置： 日本のHarmonic Drive Systemsが圧倒的シェアを持つが、特許切れに伴い中国のLeaderdriveが急追。Tesla等の採用検討は独占崩壊の証左。
- 遊星ローラースクリュー： 回転を直動に変換。欧州のSKF, Ewellixが強いが、Tesla需要で中国のBest PrecisionやHengliが製造能力を強化中。現在の最大のボトルネック部品。
4.3 センサー（Sensors）
多くの関節には、歪みゲージを用いたトルクセンサーが内蔵されている。これにより位置制御だけでなく「力制御」が可能になり、柔軟な動作を実現する。Tesla等はこれを自社設計している可能性が高い。
5. 性能比較と総括：剛性と柔軟性のトレードオフ
各社の設計思想は、「剛性（Stiffness）」と「柔軟性（Compliance）」のどちらを重視するかで明確に分かれている。
| 特徴 | Tesla Optimus | Unitree H1 | Boston Dyn. Atlas | Agility Digit |
|---|---|---|---|---|
| 脚部駆動方式 | リニア (ローラースクリュー) | 回転 (遊星ギア QDD) | 回転 (高出力ギア) | 回転 (サイクロイド) |
| 減速比 | 高い | 低い (~10:1) | 高い | 高い |
| 物理的剛性 | 極めて高い (カチカチ) | 低い (バネのよう) | 高い | 中 (受動的柔軟性) |
| 衝撃耐性 | 極大 (機構的に強い) | 中 (モーターで吸収) | 大 (頑丈なギア) | 極大 (壊れないギア) |
| 制御思想 | 位置制御＋力センサ | トルク制御 | ハイブリッド | 効率・耐久性重視 |
2020年代後半に向けて、ヒューマノイドのアクチュエーションは垂直統合へと向かっている。かつてのように「ギアとモーターを別々に買って組み合わせる」時代は終わりつつある。
コストを10万ドル級から2万ドル級に下げるため、TeslaやUnitreeは、モーター・減速機・センサーを不可分な一つの「関節モジュール」として設計し、それを自動車部品サプライチェーンで大量生産するフェーズに入った。
特に中国サプライヤー（Leaderdrive, Sanhua, Best Precisionなど）の台頭は著しく、これがロボット普及の最大のドライバーとなるだろう。
引用文献
- News – ANOTHER LOOK AT THE TESLA ROBOT: THE PLANETARY ROLLER SCREW, https://www.kggfa.com/news/another-look-at-the-tesla-robot-the-planetary-roller-screw/
- Track Hyper | Zhejiang Sanhua Intelligent Controls: Tesla “T-chain” Bright Card., https://news.futunn.com/en/post/54300009/track-hyper-zhejiang-sanhua-intelligent-controls-tesla-t-chain-bright
- Explosive Output to Enhance Jumping Ability: A Variable Reduction Ratio Design Paradigm for Humanoid Robot Knee Joint – MDPI, https://www.mdpi.com/2313-7673/11/1/45
- Unitree H1 Humanoid Robot (w/ AI) – Top 3D Shop, https://top3dshop.com/product/unitree-robotics-h1
- Hyundai Mobis Forms Strategic Collaboration Framework with Boston Dynamics, https://bostondynamics.com/news/hyundai-mobis-forms-strategic-collaboration-framework-with-boston-dynamics/
- Fourier GR-1, https://fftai.com/uploads/upload/files/20240925/a81ec73e48d9f8046b5b673601075e8d.pdf
- Figure unveils Figure 02, its second-generation humanoid, setting new standards in AI and robotics – PR Newswire, https://www.prnewswire.com/news-releases/figure-unveils-figure-02-its-second-generation-humanoid-setting-new-standards-in-ai-and-robotics-302214889.html
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