灵巧手驱动技术深度报告：空心杯电机黄金赛道，高壁垒与高增长并存

电子发烧友网综合报道，人形机器人的核心执行部件灵巧手的性能直接决定了机器人完成精细操作任务的能力。其中，驱动系统作为灵巧手的“肌肉”和动力源，其技术路线的选择直接影响了整手的性能、成本及可靠性。

当前，行业内对于驱动方案的探索呈现出百花齐放的态势，各种技术路线各有优劣。本报告将深入分析灵巧手的结构分类、主流驱动技术方案及其对比，并结合典型产品案例与企业最新动态，探讨灵巧手驱动技术的未来发展趋势。

灵巧手结构分类与驱动方式
灵巧手是一个集成多模态传感器、具备多自由度的机器人末端执行器，可完成抓取、捏取、旋转、装持配、操作工具等复杂动作，主要由驱动系统、传动系统和感知系统三大部分组成。

驱动系统负责提供动力。传动系统负责将驱动单元产生的运动和力传递至手指关节，常见的有腱绳、连杆、齿轮等。感知系统包括位置、力矩、触觉等传感器，用于实现闭环控制和环境交互。

在成本构成方面，驱动系统占据极高的比重。以特斯拉Optimus灵巧手为例，根据其成本模块分析，驱动系统占比高达50%，是灵巧手中成本占比最大的一部分，传感系统占比约30%，传动系统及其他结构件占比约20%。其驱动单元（如空心杯电机）的高单价以及多自由度设计带来的数量需求（Optimus Gen3将具备22个自由度）。因此，驱动技术的选型与优化也被认为是降低灵巧手成本、提升性能的关键。

目前，灵巧手根据驱动器类型主要分为四大类：电机驱动、气压驱动、液压驱动、形状记忆合金（SMA）驱动。不同驱动方式在原理、优缺点及应用场景上存在显著差异。



 
电机驱动利用电动机将电能转化为旋转机械能，通过减速器、腱绳或连杆机构传递至手指关节，实现抓握和运动，是当前最常见的方式，具备操作简单、响应快、控制精度高、易于实现复杂动作等优势。但是成本较高、易受外界电磁干扰、负载能力相对较弱。适用于高精度操作、通型人形机器人，例如特斯拉Optimus。

气压/液压驱动方式利用气体或液体的压力变化来驱动手指关节。具备输出功率密度大、传动效率高、成本低等特点。气压驱动精度低、负载能力差；液压驱动体积大、易受温度影响、维护难度大、难以小型化。适合重载作业、特殊环境的机器人灵巧手。

形状记忆合金驱动方式利用形状记忆合金的形变来驱动手指关节。具备驱动速度快、负载能力强、结构简单、无噪音等优势。但是无法长时间工作、存在疲劳和寿命问题、控制精度低、难以实现复杂操作。

电机驱动是人形机器人灵巧手的主流选择，根据电机类型及集成方式的不同，主要分为以下几种技术路线：无刷有齿槽电机、无框力矩电机、空心杯电机等。

（1）无刷有齿槽电机

无刷有齿槽电机是无刷直流电机的主流技术形态之一，包括定子、转子及控制器三大部分。
 
图：无刷有齿槽电机

无刷有齿槽直流电机凭借独特的齿槽结构有效集中磁场并减少漏磁，使其转矩密度较无齿槽电机提升20%—30%，具备高功率密度与结构紧凑的核心优势，极适空间受限的高负载场景；同时，还具备良好的散热性；此外，该电机在中小功率段成本优势明显，且因无电刷磨损机制，寿命可长达10,000小时以上。

但是无刷有齿槽直流电机受限于铁芯结构，存在显著的齿槽效应与体积噪音短板：低速运行时，齿槽转矩会引发5%—8%的周期性转矩波动，直接削弱运行的平顺性与控制精度；同时，铁芯的存在导致其体积与重量相对较大。

总体来看，无刷有齿槽直流电机可用于对成本敏感或对极致响应速度要求不高的应用场景。

（2）空心杯电机
空心杯电机属于直流永磁伺服电机的一种，可分为有刷空心杯电机、无刷空心杯电机，由定子、转子、换向系统、支撑结构等构成。



无刷空心杯电机凭借去铁芯设计彻底消除涡流损耗，实现了极高的功率密度、效率及极速响应，同时具备体积小、重量轻、运转平滑且无齿槽效应的显著优势；这些特性精准破解了灵巧手长期面临的“微型化与高负载矛盾”及“动态响应与控制精度平衡”两大瓶颈，使其成为当前灵巧手驱动系统的首选破局方案。

例如兆威机电ZWHand、特斯拉Optimus第一代灵巧手、因时机器人灵巧手、星动纪元XHAND1等产品都采用空心杯电机方案。

空心杯电机行业构筑了极高的产品壁垒，其核心难点聚焦于绕线设计、绕线工艺与绕线设备三大维度，且即便突破技术瓶颈，受张力波动与导线贴合度等微观因素影响，量产良率的稳定性仍是规模化落地的关键挑战。
首先，绕线设计是一个涉及电磁、热、力学等多物理场交叉的深度优化过程。设计师需在无铁芯约束下，精准匹配匝数与线径以优化磁场分布，针对异形结构设计稳定的绕组拓扑，并协同材料选型解决散热难题，从而在功率密度、扭矩波动、体积与可靠性等相互冲突的目标中寻求最佳平衡。

其次，绕线工艺直接决定线圈的机械强度与一致性，关键在于通过精密温控使漆包线热熔固化，以承受高速旋转的离心力。主流工艺分为三类：直绕形工艺适配长绕组，扭矩稳定但工序复杂；马鞍形工艺能够一次贴合弧形轨迹实现轻量化与高电磁利用率；斜绕形则通过螺旋排布实现最小转动惯量与低噪，用于高端极速响应场景。

根据成型路径不同，绕线设备主要分为卷绕式（先平面绕制后卷圆，工序长、易损伤漆膜，适用短轴向线圈）与一次成型式（多轴联动三维直绕，效率高、一致性好，为高端主流）。

卷绕式适合对成本、长度敏感或结构特殊的小尺寸电机。一次型适合对功率密度、一致性、可靠性有要求的高端应用。

直流无刷空心杯电机及驱动结构件
图源：深圳正元电机

目前，该领域由瑞士Meteor、日本田中精机等欧美日企业主导，其设备在超细线径适应性、张力控制精度及全流程自动化上优势显著；国产设备虽在中小尺寸卷绕工艺上有所突破，但在大功率、超精细及异形线圈的一次成型精度与长期可靠性上，与国际顶尖水平仍存在差距。


电机驱动市场及其产业链
市场规模方面，全球空心杯电机市场正处于高速增长期。据头豹研究院等机构数据显示，2025年全球无刷空心杯电机收入规模约为59亿元人民币，预计到2027年将接近70亿元，年复合增长率（CAGR）保持在8.9%。

然而，细分至人形机器人领域增速更为惊人，据了解，一般而言，单台机器人需要10颗以上的空心杯电机特斯拉Optimus二代单机需配备20+颗空心杯电机。东莞证券研究所预测，当全球人形机器人年产量从5万台攀升至500万台时，空心杯电机总需求从60万个激增至6000万个，虽然随着大规模量产，单颗电机均价从1805元降至1629元，但由于基数巨大，全球市场规模将从10.83亿元飙升至977.41亿元，增长近90倍。

而当中国人形机器人的产量达到500万台时，将展现出更具竞争力的价格：中国产空心杯电机均价显著低于全球平均水平，5万台时仅为902.5元，约为全球均价的一半，中国的市场规模预计达到约500亿元。

从前文介绍空心杯构成可以看到，空心杯电机产业链大致情况，上游：主要涵盖原材料与核心零部件，包括高性能钕铁硼磁钢、高强度漆包线、精密轴承、霍尔传感器以及外壳等材料。
中游包括空心杯电机设计与制造环节。核心壁垒在于绕线设计、绕线工艺及专用设备。此环节技术集中度最高，决定了电机的性能上限。

下游应用场景广泛，主要包括人形机器人（灵巧手关节）、医疗设备（手术机器人、胰岛素泵）、高端消费电子（无人机云台、AR/VR触觉反馈）、工业自动化（协作机器人末端执行器）及航空航天等领域。

从全球市场格局来看，主要呈现“欧美日主导高端，中国企业快速追赶”的态势。

瑞士Maxon、德国FAULHABER、美国Portescap等巨头占据垄断地位，合计市场份额超过50%。以鸣志电器、江苏雷利、鼎智科技为代表的中国企业凭借成本优势与快速响应能力，市场份额逐年提升，并在人形机器人供应链中逐渐占据核心位置。
 

空心杯电机代表企业

Maxon
瑞士Maxon 是全球微型驱动系统标杆，拥有极高的功率密度与寿命控制技术，公司可以提供6mm 到 65mm不同直径，0.3W 到 250W不同功率的空心杯电机。公司研发的机械手DEX-EE采用肌腱驱动系统，每个关节多电机配置。集成了15台maxon DCX16直流电机。

Faulhabe
德国Faulhaber在斜绕形技术上具备一定的优势，其产品已实现直径1.9mm的极致微型化，同时具备高达200N·m的连续输出扭矩，可用于电动工具、医疗、机器人等领域。公司推出的福尔哈贝驱动系统设计出SXR 系列直流微电机，实现了微型化、高精度、高能效。凭借创新绕组、稀土磁钢与高精度齿轮箱，以微型化设计实现强劲、灵敏且可靠的动作输出。

Portescap
美国Portescap凭借专利盘式绕组技术，在仿生机器人领域构建了独特优势。其微型电机产品线精准覆盖灵巧手全场景：小型有刷直流空心杯电机凭借紧凑尺寸，完美适配手指、肘部等微型关节；而扁平化设计的Ultra ECTM无刷无槽电机，则为髋、膝、肩等大关节提供高扭矩密度驱动。

鸣志电器
作为国内空心杯电机领域的领军者，鸣志电器通过收购瑞士T-Motion，成功掌握了核心控制驱动系统技术，奠定了其在全球市场的竞争力。目前，公司在人形机器人空心杯电机领域的市占率已突破50%，稳居国内核心供应商地位。全球市场的市场份额约为8%。

其产品扭矩密度高达35 N·m/kg，响应时间小于0.8毫秒，这两项数据完美契合了人形机器人关节与灵巧手对高爆发力与快速响应的严苛要求。在市场应用层面，鸣志电器不仅为宇树科技、松延动力提供关节与灵巧手电机，更成功切入Figure、智元、银河通用等国际顶尖客户的供应链。

据了解，公司已建成227万台年产能，同时在越南推进二期项目建设，计划新增200万台年产能，预计全部达产后总产能将达427万台。

江苏雷利
江苏雷利是国内微电机模块龙头，自主研发了空心杯电机的全自动绕线设备，掌握了核心工艺，这使其能够实现空心杯电机的自动化批量生产，不仅缩短了产能建设周期，还能快速响应和满足大批量订单需求。

凭借“零部件+模组+系统”的全链条布局，以及子公司鼎智科技、中科灵犀在精密传动和智能控制上的技术协同，江苏雷利全面布局人形机器人灵巧手、空心杯电机、无框电机等核心部件，已确立了其在国内人形机器人核心零部件领域的领先地位。已成为智元、蔚蓝科技等头部厂商的核心供应商。

鼎智科技
鼎智科技掌握了“微线圈绕制+磁钢梯度充磁”的核心技术，产业包括空心杯电机、行星滚柱丝杆、无框力矩电机等，自主研发的线性关节、旋转关节、灵巧手所需核心技术已成功应用于人形机器人下游企业。公司推出的新一代6—14mm空心杯电机体积小巧，能够满足人形机器人手指关节等对空间要求极为严苛的应用场景，重量和转动惯量大幅降低，能实现更精准控制与更灵活运动。

伟创电气
伟创电气具备“电机+驱动器+控制器+减速器”的一体化全链条布局能力，面向具身智能领域，为人形、协作及移动机器人提供一站式服务解决方案，推出伺服一体轮、低压伺服系统、轴关节模组、特种无框力矩电机、多系列空心杯电机及灵巧手等核心产品。

在空心杯电机领域，公司还能提供包含编码器、驱动器、齿轮箱在内的完整模组解决方案。伟创电气推出的6-16mm短款无刷空心杯电机，具备高动态响应、超静音运行与高集成度特性。提供外径6mm至16mm的多种尺寸选择，可适配不同空间限制的关节结构，尤其适用于人形机器人手指、腕部等精细部位，加速时间小于5毫秒，运行噪音低于50dB。
 
6-16mm短款无刷空心杯电机
图源：伟创电气

大族电机
大族电机是大族激光全资子公司，其空心杯电机具备高功率密度、高响应速度以及高自由度和高精度控制能力使得其广泛应用于人形机器各个运动关节。例如作为末端执行器以及多指关节驱动等。

依托大族激光的工业底蕴，大族电机不仅提供核心电机，还布局了无框力矩电机、关节模组等产品。这种从核心零部件到系统级模组的全链条布局，使其能够提供高度定制化的一体化解决方案。


兆威机电
兆威机电在机器人空心杯电机及灵巧手领域具备显著的“系统级集成”优势。公司突破了微型空心杯电机的技术壁垒，更实现了“电机+传动+控制”的一体化闭环，是目前国内少有的能提供灵巧手整体解决方案的龙头企业。公司推出了高性能伺服电机系列、滚筒电机及灵巧手三大平台化自主品牌产品。

兆威机电最大的优势在于其微型传动系统的深厚积累。公司成功研发了MC系列4mm无刷空心杯电机，并打破了国外在超微型电机领域的长期垄断，且具备量产能力。且公司还研发了国内最小的3.4mm微型传动系统、全球首家实现Φ6mm以下微型传动系统高质、高效批量化生产的企业。

雷赛智能
雷赛智能子公司上海雷赛机器人主要聚焦“超高密度”无框电机、驱动器和关节模组解决方案，2025年无框电机产品订单突破12万台。另一家子公司深圳市灵巧驱控，专注于灵巧手解决方案，产品包括空心杯电机、减速机、微型编码器等核心零部件，目前已经推出DH116系列普及型灵巧手、DH2015系列高端型灵巧手产品，以及多规格空心杯电机模组。

雷赛智能的无刷空心杯电机在微型化、高功率密度、低惯量、高响应速度等关键指标上表现突出，尤其适用于人形机器人灵巧手的精细操作场景。公司推出的DH2016与DH116灵巧手，具备 “3高2强1轻” 的卓越特性，即高自由度、高速通讯、高可靠性、强负载与感知能力、轻量化，并配套完善的SDK与调试工具。

小结：
驱动系统作为灵巧手的“肌肉”与动力源，其技术选型对整手的性能、成本及可靠性起着决定性作用。当前，电机驱动凭借其操作简单、响应快、控制精度高等优势，成为灵巧手的主流选择，其中空心杯电机凭借高功率密度、极速响应、无齿槽效应及微型化特性，精准破解了灵巧手“微型化与高负载矛盾”及“动态响应与控制精度平衡”的瓶颈，成为人形机器人灵巧手驱动系统的首选破局方案之一。

预计随着人形机器人年产量攀升，全球及中国空心杯电机市场规模将实现指数级扩张。中国市场中，以鸣志电器、江苏雷利为代表的中国企业凭借成本优势与技术突破，在人形机器人供应链中逐渐占据核心位置。未来，随着绕线设备国产化与量产工艺优化，空心杯电机成本有望进一步下探，推动人形机器人灵巧手性能升级与商业化落地。