電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬） 據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2024年全球靈巧手市場規(guī)模達76萬只（對應(yīng)17億美元），預計到2030年將增至141萬只（對應(yīng)30億美元），期間年復合增長率（CAGR）約為11%，這一增長主要得益于人形機器人產(chǎn)業(yè)的帶動。

在工業(yè)自動化、服務(wù)機器人、醫(yī)療康復等領(lǐng)域，靈巧手作為模擬人類手部動作的核心執(zhí)行部件，其作業(yè)精度、響應(yīng)速度與動作靈活性直接決定了設(shè)備的整體性能。而電機作為靈巧手的“肌肉”，是驅(qū)動關(guān)節(jié)運動的核心動力源，其性能指標與集成方式深刻影響著靈巧手的應(yīng)用上限。隨著技術(shù)迭代，傳統(tǒng)分離式電機因體積偏大、布線復雜、協(xié)同性欠佳等問題，逐漸難以滿足靈巧手的精細化需求，一體化電機由此成為行業(yè)主流發(fā)展方向。

靈巧手對電機的硬性要求

在有限的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)，靈巧手需實現(xiàn)多自由度靈活操作，當前主流產(chǎn)品的自由度多在12-21個之間。這一特性對驅(qū)動電機提出了多項硬性要求：
高功率密度：確保在緊湊結(jié)構(gòu)中輸出足夠扭矩，支撐復雜動作執(zhí)行；
高動態(tài)響應(yīng)：滿足精細操作場景下的快速調(diào)節(jié)需求，提升動作精準度；
精確控制能力：實現(xiàn)對抓握力度的精準調(diào)控，適配不同材質(zhì)、重量的抓取對象；
高穩(wěn)定性：在長時間復雜操作中保持可靠運行，降低故障風險；
低噪音特性：避免對醫(yī)療、服務(wù)等敏感操作環(huán)境造成干擾。

基于上述要求，空心杯電機成為靈巧手的優(yōu)選驅(qū)動方案。作為一種無鐵芯直流永磁伺服電機，空心杯電機具備顯著技術(shù)優(yōu)勢：其一，無齒槽效應(yīng)使其低速運行平穩(wěn)，震動與噪音水平極低，且轉(zhuǎn)子可精準定位于任意位置；其二，能量轉(zhuǎn)化效率突出，普遍超過70%，部分高端產(chǎn)品可達90%以上；其三，結(jié)構(gòu)極致緊湊，無鐵芯設(shè)計支持最高10萬rpm的轉(zhuǎn)速，功率密度優(yōu)勢明顯——與同等功率的鐵芯電機相比，重量和體積可減少30%~50%；其四，控制特性優(yōu)異，響應(yīng)速度快，啟動與停止性能穩(wěn)定。盡管目前空心杯電機單價偏高，但隨著自動繞線技術(shù)的成熟，大規(guī)模量產(chǎn)后成本有望降至千元以內(nèi)，為規(guī)?；瘧?yīng)用奠定基礎(chǔ)。

一體化電機的組成與特點

傳統(tǒng)分體式驅(qū)動系統(tǒng)需單獨配置電機、驅(qū)動器、編碼器、連接電纜等組件，不僅占用大量空間，還增加了裝配復雜度。一體化設(shè)計通過將上述核心部件集成于單一單元，實現(xiàn)了多重優(yōu)勢：首先，大幅縮減安裝空間，這對結(jié)構(gòu)緊湊的靈巧手而言至關(guān)重要；其次，簡化裝配流程，顯著降低安裝與調(diào)試成本；再者，電機與驅(qū)動器的集成設(shè)計減少了電磁干擾路徑，提升了系統(tǒng)抗干擾能力；最后，連接點數(shù)量的減少降低了故障源，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅提升，完美適配靈巧手長時間連續(xù)運行的應(yīng)用需求。

目前，面向靈巧手應(yīng)用的一體化電機解決方案主要可分為以下四類：
一體化伺服電機：提供全功能控制能力，支持速度、位置、力矩三種控制模式，適配高精度操作場景。其核心優(yōu)勢在于高性能表現(xiàn)與豐富的通信接口，但受限于低壓設(shè)計架構(gòu)，功率和扭矩輸出范圍存在一定限制。
一體化無刷電機：性能略遜于一體化伺服電機，但成本優(yōu)勢顯著，適用于對成本敏感的中低端應(yīng)用場景。其核心特點為高效率、長壽命與低噪音，可滿足基礎(chǔ)靈巧操作需求。
一體化步進伺服電機：融合步進電機的結(jié)構(gòu)簡單性與伺服電機的精準控制優(yōu)勢，具備高性價比特性，適合對精度和成本均有要求的場景。
空心杯電機一體化方案：專為靈巧手需求定制，將高功率密度空心杯電機與驅(qū)動器深度集成，實現(xiàn)極致緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。隨著繞線機自動化技術(shù)的突破，空心杯電機量產(chǎn)成本正顯著下降，使其在靈巧手領(lǐng)域的競爭力持續(xù)提升。

適用于靈巧手的一體化空心杯電機方案實例

隨著繞線機自動化技術(shù)的成熟，空心杯電機的量產(chǎn)成本逐步下降，為高功率密度電機在靈巧手領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。以下為目前市場上針對性的一體化空心杯電機解決方案實例：

MPS公司：EZmotion端到端集成方案

為破解靈巧手緊湊空間與高精度控制的核心矛盾，MPS在其EZmotion端到端解決方案中，專門研發(fā)了直徑8~16mm的空心杯電機一體化產(chǎn)品。其中MMS1RH系列極具代表性，該產(chǎn)品將伺服驅(qū)動器、位置編碼器與永磁同步電機高度集成，支持8MHz SPI時鐘頻率，不僅實現(xiàn)了更簡潔、安全的高精度控制，還大幅減少了零部件數(shù)量與裝配成本，顯著提升了整體方案的經(jīng)濟性與性價比。

值得一提的是，MMS1RH系列可獨立實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，在配套的C語言EasyFOC庫支持下，可靈活切換至速度控制或位置控制模式。其控制邏輯清晰高效：EasyFOC庫通過SPI接口讀取電機的角度、電流、電壓等反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶設(shè)定的控制模式計算指令并發(fā)送至電機；而對實時性要求極高的FOC（磁場定向控制）電流環(huán)控制，則直接在MMS1RH內(nèi)部完成，確保控制響應(yīng)的及時性。

兆威機電：ZWHAND靈巧手集成方案

兆威機電推出的新一代ZWHAND靈巧手系列，包含LM06（內(nèi)置6個微型電機）、DM17（內(nèi)置17個微型電機）、DM20（內(nèi)置20個微型電機）三款核心型號，實現(xiàn)了從單點技術(shù)突破到系統(tǒng)級升級的跨越。該方案通過高度一體化設(shè)計，將微型空心杯電機、力覺傳感器、控制模塊等核心組件深度整合于整手結(jié)構(gòu)中，有效突破了空間與性能的雙重限制。目前，兆威機電官網(wǎng)公開的空心杯電機產(chǎn)品包括φ6mm、φ8mm、φ10mm、φ12mm四種規(guī)格的無刷空心杯電機，可根據(jù)靈巧手不同關(guān)節(jié)需求靈活適配。

微科：ZIM1342-18-12一體化方案

微科推出的ZIM1342-18-12一體化空心杯電機，將ZID13-18-12-U有感FOC電機驅(qū)動模塊內(nèi)置于直徑13mm的無槽BLDC（無刷直流）電機中，在12V輸入電壓下可穩(wěn)定輸出18W連續(xù)功率。該產(chǎn)品的核心競爭力在于微科自主研發(fā)的板載角度傳感器與FOC控制算法，使其在速度/位置精度、響應(yīng)速度、效率等關(guān)鍵指標上表現(xiàn)優(yōu)異，同時具備低可聽噪聲、低機械振動、低扭矩紋波等特性，不僅適配工業(yè)、醫(yī)療等緊湊型精密控制場景，更具備直接應(yīng)用于靈巧手的核心潛力。

拓邦股份：機電一體化集成方案

拓邦股份的靈巧手驅(qū)動方案以電機與控制系統(tǒng)的高度集成為核心，在提升空間利用率、簡化連接復雜度的同時，顯著優(yōu)化了整體系統(tǒng)的運行效率與可靠性，使安裝、調(diào)試及后期維護更加便捷。該方案搭載精密絕對值/增量式編碼器及精密行星減速箱，可實現(xiàn)高精度定位與穩(wěn)定扭矩輸出，為靈巧手的復雜動作執(zhí)行提供堅實支撐。

結(jié)語：技術(shù)迭代推動靈巧手邁向規(guī)模化應(yīng)用

上述一體化空心杯電機方案的落地，顯著降低了靈巧手的研發(fā)與量產(chǎn)門檻。未來，隨著人形機器人應(yīng)用場景的持續(xù)拓展，靈巧手將逐步從單一抓取功能向組裝、操作、護理等復雜任務(wù)演進。作為靈巧手的“動力心臟”，一體化電機技術(shù)將持續(xù)向“更高功率密度、更低成本、更強環(huán)境適應(yīng)性”方向迭代，進一步優(yōu)化靈巧手的性能表現(xiàn)，為其在工業(yè)自動化、服務(wù)機器人、醫(yī)療康復等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用提供核心驅(qū)動力。