空心杯电机助力人形机器人灵活抓取，高性能微特电机迎来快速增长

电子发烧友网报道（文/李宁远）人形机器人作为智能机器人的终极赛道，从来不缺少话题度，其每一个进展都备受关注，总能第一时间吸引到人们的目光。本周，特斯拉毫无预告地放出了第二代人形机器人最新视频并表示擎天柱二代将于2023年12月发布。

在视频中，擎天柱二代除了更流畅的行走姿态控制，轻松准确地抓取和放下鸡蛋的操作也让人印象深刻，整个拾取连贯平稳，展示出其双手精巧的操控能力。

人形机器人的灵巧手是一种基于人体运动学设计的特殊末端执行器，完全不同于普通工业机器人的末端执行器。普通工业机器人的末端执行器只能完成夹取、焊接等特定的工作，而灵巧手在多种传感器和多自由度的加持下能够实现与人手相似的功能。在人形机器人赛道逐渐升温的趋势下，灵巧手里的空心杯电机也成了备受关注的电机产品。

人形机器人必不可少的空心杯电机

机器人的末端执行器指的是任何一个连接在机器人边缘（关节）具有一定功能的工具，是机器人完成工作任务的必须配置的装置，执行器决定机器人的负荷和工作精度。传统的工业机器人末端执行器根据应用场景的需求，基本只能完成单一类型的工作，如钳式夹取、托举、焊接，或者是定制的固定功能等。通用性不高，只能应用在单一或极少数相似的场景，远远达不到我们人手自由灵活的水平。

灵巧手作为人形机器人的末端执行器，被映射了人手的功能，可以更加方便地使用日常生活中的各种工具和仪器。没有灵巧手，人形机器人很难称得上是真正智能化的机器人。在擎天柱二代的视频介绍中，特斯拉为其搭载了响应更快的十一自由度灵巧手。

机器人的自由度能够反映其动作灵活性，可以胜任怎样的工作以及具有的最高操作性能。通俗来说，自由度越多，机器人就越能接近人手的动作机能，通用性越高，当然其控制也更复杂。工业机器人基本不超过六个自由度，绝大多数只有三到四个自由度。

擎天柱二代的末端执行器则有十一个自由度，自由度越多，结构越复杂，电机的要求越高。而且由于手部空间不可能很大，对于应用在其中的电机提出了尺寸要求。响应快、精准启停、扭矩大，还要体积小，控制灵巧手的电机必须完全满足这些要求。

空心杯作为小巧、高精度电机的代表，在灵巧手中发挥出了不可替代的作用。空心杯电机属于特殊的直流永磁伺服电机，采用无铁芯结构，有无刷和有刷之分。无铁芯结构消除了铁芯带来的能量损耗，减少重量的同时还能减少了机械能的损耗，因此空心杯电机能实现极高的效率。

同时由于质量惯性的降低，在高扭矩的结合下，空心杯电机能在极短的机械时间常数内实现动态驱动。这些特性正好契合了人形机器人的需求。

人形机器人推动空心杯电机加速发展

根据NTCysd测算，2022年全球空心杯电机市场规模为51亿元，预计2028年市场规模将达到83亿元。这份预测声明没有考虑未来人形机器人暴涨的需求。在擎天柱二代中，特斯拉使用了6个空心杯电机来实现11个自由度，一个空心杯电机单价在一到两千元，以这个量进行测算，未来人形机器人加速发展空心杯电机仅在人形机器人市场的规模都将已经非常可观。

从目前的竞争格局来看，Maxon、Faulhaber、Portescap起步较早，在空心杯电机领域是较为领先的。国内也有一些电机厂商已经能够提供或正在布局高性能空心杯电机以应对未来需求巨大的蓝海市场。

鸣志电器通过收购获得了领先的空心杯电机技术，在全球市场都有相当的竞争力，性能有保障的同时具有性价比优势，是国内的第一梯队。据悉鸣志电器目前已向人形机器人头部客户提交全套技术方案及样机，正稳步推进中。

江苏雷利与其子公司也在大力推进空心杯电机和人形机器人应用，据悉部分产品在样品测试阶段已得到客户认可，处于小批量供货阶段。

深耕微型传动驱动的兆威机电在空心杯微特电机领域同样也有相关空心杯电机方案提供，同时还能提供整个微型传动系统解决方案。

伟创电气的13mm8万转空心杯电机也非常有竞争力，从去年大举布局机器人赛道开始目前在机器人电机领域也相当有竞争力。

随着以擎天柱为代表的国内外人形机器人逐步在终端市场应用，势必会带动空心杯电机的大幅增长。

从空心杯电机看高性能微特电机的迅猛发展

空心杯电机是直流电机、永磁电机、伺服电机，同样它也可以被称为微特电机。微特电机一般指功率在数百毫瓦到数百瓦之间，机座外径不大于160mm或中心高不大于90mm的典型的机电一体化产品。

此前，电子发烧友网主办的电机控制先进技术研讨会上就做过微特电机的报道，不只是空心杯电机在人形机器人的带动下开始加速发展，整个微特电机领域都在市场需求的推动下快速增长，尤其是小尺寸大扭矩的高性能微特电机，空心杯电机的只是其中一个缩影。

根据Grand View Research发布的分析报告，2022年全球微特电机市场规模为400.7亿美元，各行各业对小型化以实现紧凑型高性能设备的渴望推动了微特电机的快速发展，未来五年年复合增长率为6.2%。

除了人形机器人领域，汽车领域对于高性能微特电机的需求一直在攀升，汽车领域也是2022年最大的微特电机市场。门锁、后视镜、车窗、电动座椅、冷却风扇、水泵、雨刮器、车顶控制、离合器、冷凝器和方向盘等等车内系统都需要更小更轻量的电机。

高性能的车载微特电机在小尺寸下提供更精确可靠的驱动实现了更高效的运动控制，保证了车辆的性能、安全性和舒适性，同时确保能源效率利用率高。除此之外，防抱死制动系统等安全系统里高性能微特电机的使用也越来越多。

医疗行业目前正在转向更先进的治疗方法，微创手术、药物输送、医学成像系统、手术植入和诊断，这些精密器械对小尺寸高扭矩电机的需求推动了微特电机在医疗领域的替代。

写在最后

空心杯电机为代表的高性能微特电机，让在一个尺寸更小的机架中获得更优异的电机性能成为现实。未来不仅是空心杯电机，尺寸小、响应快、启停精准、扭矩大的高性能微特电机也在各个行业中迎来了更多应用空间，是电机重要的发展方向。