“芯片+算法+系统”三位一体，让灵巧手无惧空间挑战

电子发烧友网报道（文/吴子鹏） 在机器人领域，灵巧手被众多业者定义为“皇冠上的明珠”。近年来，灵巧手在自由度、驱动方式及传感器集成方面取得显著进展。MPS模拟产品线总监瞿松表示，2024年之前，灵巧手方案基本为6个自由度，如今大部分方案已达到15个自由度以上，最高可至21个。如何在手掌大小的空间内装入15个乃至20+个电机，对整个行业而言都是巨大挑战。

在MPS人形机器人解决方案发布会上，该公司除介绍一系列可用于人形机器人的IC方案外，还展示了驱控一体式电机，尤其重点呈现了面向灵巧手应用的空心杯一体式电机方案。

8～16mm直径高度集成空心杯一体式电机

相关统计数据显示，2024年全球灵巧手市场规模约为76万只/17亿美元，预计2030年将达到141万只/30亿美元，年复合增长率为14.5%。从产业链结构来看，机器人灵巧手行业上游为零部件供应环节，涵盖空心杯电机、减速器、传感器、控制器、光学编码器、丝杠、腱绳等；中游为机器人灵巧手生产制造环节，产品包括电机驱动式、气压驱动式、液压驱动式、形状记忆合金驱动式等多种类型的机器人多指灵巧手；下游应用场景聚焦于机器人领域，广泛服务于航空航天、医疗、智能制造、家政等行业。

作为人形机器人的核心部件，灵巧手的自由度、操作精度及价值占比正持续提升。根据MPS分享的数据，若人形机器人采用12个自由度的灵巧手，其方案将包含12个空心杯电机、12个行星减速器、12个6D力矩传感器及12个编码器，该套方案在人形机器人整体方案中的成本占比约为17.2%。随着自由度的提升，这一占比将进一步攀升，设计难度也随之陡增。

要实现类似人类手部关节的高度灵活性与多功能性，需设计复杂精巧的结构。例如，灵巧手每增加一个关节自由度，就需额外配备驱动单元、传动机构及支撑结构，而人类手掌与手指的空间极为狭小，在此背景下，空心杯电机已成为主流选择。同时，多个驱动单元同步动作时，需解决“力矩分配、动作同步性”问题——以抓握球形物体为例，指尖需同步贴合球面，若某一驱动出现响应延迟，易导致物体滑落或局部受力过大。

为破解灵巧手的设计难题，MPS在EZmotion端到端方案中，专门研发了8～16mm直径的空心杯电机一体化设计方案。其中，MMS1RH系列产品集成了伺服驱动器、位置编码器、永磁同步电机，SPI时钟频率8MHz，不仅能实现更简洁、安全的高精度控制，还可显著减少零部件数量及装配成本，提升整体方案的经济性与性价比。

MMS1RH方案框图

MMS1RH系列产品可独立实现转矩闭环控制，在配套的C语言EasyFOC库支持下，可运行于速度控制或位置控制模式。EasyFOC库通过SPI接口读取电机的角度、电流、电压反馈数据，根据客户设定的控制模式计算对应指令并发送至MMS1RH，从而实现位置或速度闭环控制；其中，对实时性要求较高的FOC电流环控制部分，直接在MMS1RH内部完成。

此外，为进一步完善灵巧手驱动解决方案，MPS还推出了电机驱动板MMP1RH。该器件具备FOC控制功能，集成角度传感器，尺寸超小（直径9mm、厚度6.5mm），输入电压范围为5V～18V，最大相电流2A，支持最高转速60000rpm，配备RS485接口，具备UVLO（欠压锁定）、OCP（过流保护）功能，可编程开关频率高达80kHz，角度传感器分辨率为14bit，电流采样ADC分辨率为10bit。

电机驱动板MMP1RH

MPS人形机器人整体解决方案

上述灵巧手方案是MPS人形机器人整体方案的重要组成部分。瞿松同时指出，当前灵巧手的应用已远超人形机器人范畴，拥有广阔市场空间。为赋能人形机器人及灵巧手研发设计，MPS推出了一系列核心元器件方案。

在电机驱动领域，MPS针对性推出了面向三相无刷直流电机的MP(Q)6547A和MP6543两款产品。其中，MP(Q)6547A具备宽电压范围优势，工作电压覆盖4V至32V；驱动能力方面，其内部集成3个半桥驱动器及6个低内阻MOSFET（高边MOSFET内阻60mΩ，低边MOSFET内阻50mΩ），连续输出电流可达3A，峰值电流达6A。封装采用QFN-18（3mm×4mm），配备可润湿侧翼，在提升散热性能的同时有效减小PCB占板面积。

MP6543的工作电压范围为3V至12V，内部同样集成3路半桥驱动器，每路MOSFET内阻110mΩ。控制便利性上，该产品支持PWM与ENBL输入、霍尔信号输入，内置3.3V/100mA LDO调节器，支持内部充电泵100%占空比工作，具备自动同步整流功能；为便于目标电流检测，还集成了双向电流检测放大器。封装采用QFN-24，大幅节省PCB空间。

传感器方案方面，瞿松重点介绍了基于磁阻效应的TMR传感器MA600A。相较于传统霍尔传感器，MA600A具备更高带宽、更高精度及更低非线性误差（INL），非常适配机器人应用场景。性能参数上，其工作电压为3V至3.6V，通信接口支持SPI、ABZ、PWM、UVW及SSI，适配多种通信协议；支持菊花链配置，灵活性更高，且通过AEC-Q100认证，安全可靠性优异。体积控制上，MA600A采用QFN-16封装，直径仅3mm，可轻松装配于灵巧手各关键位置；同时支持同轴或离轴安装，能适配不同机器人的机械结构差异。

这些性能领先的元器件，共同构成了MPS EZmotion端到端方案的核心基础。瞿松表示：“对于MPS而言，我们致力于确保在机器人所有关键部件领域，都能提供成熟的解决方案，凭借MPS独特的技术优势，助力方案商打造高功率密度、高效率、小体积的人形机器人方案。”