Une fiche technique de robot humanoïde indique le nombre d’actionneurs qu’il embarque, parfois les réducteurs utilisés — mais presque jamais les moteurs. Cette omission dissimule la distinction la plus importante dans l’actionnement des robots humanoïdes : le corps et les mains utilisent deux machines électriques fondamentalement différentes. Savoir quel moteur se trouve à quel endroit permet de mieux comprendre la masse du robot, son comportement thermique et ses sensations de commande que n’importe quelle valeur de couple maximal affichée sur la brochure.

Un robot, deux philosophies électromagnétiques

Un robot humanoïde compte de 25 à 35 articulations motorisées, toutes conçues selon le même principe : un moteur électrique, une transmission qui échange de la vitesse contre du couple et des capteurs pour fermer la boucle de régulation. La bataille des transmissions — harmoniques, planétaires ou à vis à rouleaux — se mène au grand jour et à grand bruit. Celle des moteurs, non. Les fiches techniques des robots complets précisent presque jamais le moteur utilisé, alors que le choix du moteur détermine la masse de l’articulation, son comportement thermique, sa contrôlabilité et une part importante de son coût.

Les démontages publiés par les acteurs de la filière donnent l’image publique la plus claire de la manière dont cette distinction se traduit en pratique. La deuxième génération d’une plateforme humanoïde de premier plan embarque environ quarante moteurs : 28 moteurs couple sans carcasse répartis entre ses 14 actionneurs corporels rotatifs et ses 14 actionneurs linéaires, auxquels s’ajoutent six moteurs sans noyau dans chaque main pour commander les doigts. Un robot, deux philosophies électromagnétiques — et cette répartition des rôles n’a rien d’arbitraire. Les articulations du corps déplacent des masses : hanches, genoux, épaules, tout ce qui soulève et transporte. Les doigts ne déplacent presque rien d’autre qu’eux-mêmes, des dizaines de fois par seconde, selon des trajectoires qui doivent être fluides plutôt que puissantes. Des tâches différentes, des machines différentes.

C’est cette logique de conception que nous appliquons à l’ensemble des actionneurs pour robots humanoïdes de Ti5ROBOT : choisir la machine électromagnétique en fonction de la fonction réelle de l’articulation, puis concevoir le module autour d’elle.

Ce qu’apporte réellement une conception « sans carcasse »

Un moteur couple sans carcasse est un moteur synchrone sans balais à aimants permanents, vendu sous la forme de deux anneaux séparés : un stator comportant des enroulements en cuivre et un rotor doté d’aimants. Il n’a ni arbre, ni roulements, ni boîtier, ni flasques, ni codeur. Le fabricant du robot fournit tous ces éléments : la structure de l’articulation sert de carcasse au moteur, le roulement de l’articulation fait office de roulement moteur et le réducteur se boulonne directement sur la couronne du rotor.

Le concept est plus ancien qu’on ne pourrait le croire : les premiers moteurs sans carcasse ont été fabriqués en 1949 pour des cardans de guidage de missiles. La nouveauté, c’est un client qui en veut près de trente par robot, avec des volumes de production automobile. La documentation des fournisseurs revient toujours sur trois raisons qui justifient cette complexité :

• L’intégration. La suppression du boîtier et de l’arbre élimine de la masse inutile, et le moteur peut partager les roulements de l’articulation. Moins de pièces, un empilage axial plus court, et un poids réduit tout au long de la chaîne cinématique.
• L’alésage traversant. Un grand alésage traversant permet de faire passer les câbles et les lignes de codeur au centre du moteur. C’est ainsi que le bras d’un robot humanoïde fait passer son câblage à travers ses articulations plutôt qu’autour. Sur un robot doté de trente articulations, ce passage est ce qui fait la différence entre un bras qui résiste à un an de cycles et un bras dont le faisceau s’use par frottement jusqu’à la défaillance.
• Le couple à basse vitesse. Les moteurs couple sans carcasse sont bobinés avec un nombre élevé de pôles afin de fournir un couple important aux vitesses de marche des articulations, avec une faible ondulation de couple. C’est particulièrement important lorsque la transmission est un étage à entraînement quasi direct de seulement 6:1 à 10:1 et que presque rien ne sépare les enroulements du membre.

Un détail facile à manquer : la tension. Les moteurs industriels sans carcasse étaient historiquement bobinés pour des servovariateurs de 300–600 V, tandis qu’un robot humanoïde fonctionne sur un bus de batterie de 48 V ou moins. Les enroulements destinés aux robots humanoïdes sont rebobinés avec un fil plus épais et des spires plus courtes pour produire du couple à basse tension. C’est l’une des raisons moins visibles pour lesquelles les fabricants de robots ne peuvent pas simplement prendre un moteur dans un catalogue d’automatisation industrielle et l’installer dans un genou.

Le moteur n’est pas l’actionneur

Voici le chiffre qui surprend. D’après les études du secteur, un moteur sans carcasse destiné aux robots humanoïdes fournit, à nu, une densité de couple d’environ 2–5 Nm/kg. Un module d’actionneur d’articulation complet affiche généralement 80–160 Nm/kg. Ces deux chiffres sont exacts. L’écart s’explique par le réducteur, qui multiplie le couple du moteur par trente à cent tout en ajoutant moins de masse que celle du cuivre et des aimants qu’il permet d’éliminer.

Un produit commercial illustre concrètement ce point : un module planétaire à arbre creux de rapport 48:1 pèse 1,4 kg et atteint un couple maximal de 222 Nm, soit environ 159 Nm/kg pour l’ensemble. Le moteur nu qu’il contient ne pourrait jamais atteindre cette valeur. C’est le réducteur qui multiplie le couple.

L’erreur la plus fréquente dans la comparaison des densités de couple lors du choix d’une articulation consiste à comparer les Nm/kg d’un moteur nu à ceux d’un module avec réducteur. Avant de vous fier à un chiffre, posez toujours deux questions : concerne-t-il le moteur seul ou le module complet, et s’agit-il d’une valeur de pointe ou d’une valeur continue ?

Il s’ensuit que, lorsqu’un fabricant de robots choisit un moteur, la vraie question est de savoir ce que la transmission peut compenser. Une articulation harmonique à rapport élevé peut utiliser un moteur plus modeste et masquer son ondulation ; une articulation à entraînement quasi direct avec un étage de 6:1 ou 9:1 exige un moteur couple robuste, doté d’un grand nombre de pôles, car presque rien ne se trouve entre les enroulements et le monde extérieur. Cet arbitrage est le même que celui que nous avons analysé en comparant les solutions à entraînement direct et avec réducteur pour les articulations des robots humanoïdes : le moteur et le réducteur constituent un seul problème de conception, et non deux achats distincts.

Le couple d’un moteur nu augmente également fortement avec son diamètre. Le couple varie approximativement avec le carré du bras de levier de l’entrefer — les ingénieurs motoristes parlent parfois de la règle D²L, le diamètre ayant plus d’influence que la longueur. Un anneau plus large l’emporte donc sur un anneau plus long. Ce principe physique explique pourquoi les articulations des robots humanoïdes évoluent vers des formats plats à grand alésage, en « galette », plutôt que vers de longs cylindres étroits.

Flux radial aujourd’hui, flux axial demain

Aujourd’hui, presque tous les moteurs sans carcasse équipant des robots humanoïdes utilisent un flux radial : le champ magnétique traverse l’entrefer latéralement, d’un anneau d’aimants à un anneau d’enroulements. Ils restent la référence en production pour une raison peu spectaculaire : un siècle de maîtrise industrielle.

Le concurrent est le flux axial. En faisant pivoter la géométrie de 90 degrés — un rotor plat en forme de disque face à un stator plat, le champ étant orienté le long de l’axe — le moteur gagne 20 à 40 % en longueur pour un même couple. Les analyses du paysage des brevets évaluent la densité de couple des moteurs à flux axial à 15–25 Nm/kg, contre environ 10 pour des moteurs radiaux comparables, et avancent qu’un moteur à disque s’associe naturellement à des réducteurs harmoniques ou cycloïdaux plats, ce qui pourrait réduire de 40–50 % le poids total de l’actionneur. Ces chiffres correspondent au scénario optimiste : ils proviennent de fournisseurs et de demandes de brevet, et non du démontage de robots commercialisés. Pour l’instant, le parc installé reste très largement radial.

La tendance à suivre dans les deux camps : les gains de densité de couple viennent moins de meilleurs aimants que de la géométrie — alésages plus larges, disques plus plats et moteurs conçus conjointement avec leurs réducteurs plutôt qu’achetés sur étagère.

Les mains utilisent un autre type de moteur

Aucune des machines utilisées dans les articulations du corps ne peut tenir dans un doigt. L’actionnement des mains repose sur le moteur sans noyau, appelé « moteur à coupelle creuse » dans l’industrie chinoise. Son enroulement n’est pas bobiné sur un noyau de fer : il s’agit d’une coupelle en cuivre autoporteuse qui tourne autour d’un noyau fixe, sans dents en fer auxquelles les aimants pourraient s’accrocher. Résultat : aucun couple de crantage, presque aucune inertie du rotor et un couple fluide à très petite échelle — exactement ce qu’exigent les doigts actionnés par tendons. Dans une main dextre typique, chaque moteur sans noyau entraîne un tendon ou une micro-biellette au moyen d’un petit étage planétaire, qui transforme sa vitesse élevée en force de préhension au niveau du doigt.

La littérature technique relève deux faiblesses réelles. Premièrement, un moteur sans noyau peut ne pas démarrer en cas de défaut d’enroulement : en l’absence de couple de crantage pour donner une impulsion au rotor, un enroulement endommagé peut le laisser bloqué dans une position de détente. Deuxièmement, la différence de qualité entre les modèles les moins chers et les meilleurs se manifeste dans leur durée de vie en fonctionnement, et non dans la fiche technique.

Le modèle économique se transforme sous nos yeux. Les entreprises de précision suisses et allemandes ont créé cette catégorie pour les outils chirurgicaux et l’aérospatiale, et ont pratiqué des prix élevés pendant des décennies. Aujourd’hui, des fournisseurs chinois vendent des moteurs sans carcasse de qualité humanoïde à des prix inférieurs de 30–50 % aux références occidentales et ont réduit d’un ordre de grandeur le coût des moteurs de main — le même effondrement structurel des coûts qui a déjà touché les réducteurs et les vis à rouleaux. Nous avons suivi cette dynamique du point de vue des modules dans notre gamme de modules d’articulation légers : à mesure que l’économie des composants évolue, la qualité de l’intégration — et non le prix des composants — devient le facteur de différenciation.

Les questions à poser sur le moteur que personne ne nomme

Comme les fiches techniques restent muettes, les acheteurs et les intégrateurs devraient poser directement quatre questions :

1. Quel type de moteur se trouve dans le genou, et a-t-il été conçu conjointement avec le réducteur ? Les couples moteur-réducteur conçus ensemble prédisent beaucoup mieux l’endurance thermique que le couple maximal affiché sur la brochure. Un module qui remporte la palme du couple de pointe peut tout de même ne pas tenir la cadence. C’est l’écart entre les valeurs de pointe et continues qui détermine la durée de vie des articulations, comme nous l’expliquons dans notre analyse thermique de la conception intégrée des articulations.
2. L’alésage est-il réellement traversant ? Si les câbles contournent l’articulation au lieu de la traverser, le module « intégré » nécessitera une refonte du faisceau.
3. La mesure est-elle assurée par deux codeurs ? Les codeurs côté entrée et côté sortie permettent de transformer un moteur puissant en une articulation précise. Le niveau de précision maximal d’un module est déterminé par sa sortie, comme nous l’expliquons dans notre article sur l’architecture de calcul des articulations et les doubles codeurs.
4. Les enroulements sont-ils conçus directement pour 48 V ? Un moteur adapté à partir d’un servomoteur industriel fournit rarement le même couple continu sur un bus de batterie qu’un moteur conçu pour cette tension.

Les modules d’articulation intégrés de Ti5ROBOT suivent précisément cette conception : un moteur couple de classe sans carcasse associé à un réducteur de précision, une double mesure, un passage de câbles creux et des marges thermiques adaptées au fonctionnement continu. Le tout est intégré dans une seule unité prête à être boulonnée.

Deux moteurs, deux fonctions

En résumé, le principe est simple. Lorsque vous évaluez le prochain robot humanoïde — ou le prochain module d’articulation destiné à votre propre plateforme — demandez quel moteur équipe le genou et s’il a été conçu conjointement avec son réducteur. La réponse vous en dira plus sur ce que le robot peut faire toute la journée que n’importe quel chiffre de la fiche technique.

Source : humanoid.guide, « Moteurs couple sans carcasse et moteurs sans noyau : le muscle électromagnétique au cœur des articulations des robots humanoïdes » (2026-10-12) ; données produit du CubeMars AKH70-48 ; analyses publiques de démontage de la chaîne industrielle, 2026. Les chiffres relatifs à des plateformes et produits tiers sont cités comme des points de référence ponctuels du secteur.