靈巧手系列之驅(qū)動系統(tǒng),靈巧手實現(xiàn)精細操作的 動力心臟
一、靈巧手的核心組件
在具身智能的愿景中,人形機器人需要通過與環(huán)境的物理交互來學(xué)習(xí)和執(zhí)行任務(wù)。而靈巧手,作為與外界進行精細交互的“最后一厘米”,其性能直接決定了機器人的智能水平與操作能力。它不僅是感知環(huán)境的“神經(jīng)末梢”,能通過觸覺、力覺等傳感器解析物體屬性;更是執(zhí)行決策的“終極執(zhí)行器”,能完成從精準(zhǔn)擰螺絲到輕柔疊衣物等擬人化操作。
因此,人形機器人要實現(xiàn)高精度、高適應(yīng)性的交互操作,離不開靈巧手四大核心系統(tǒng)的協(xié)同支撐:驅(qū)動系統(tǒng)提供動力,傳動系統(tǒng)傳遞運動,感知系統(tǒng)收集信息,控制系統(tǒng)作為大腦進行統(tǒng)一指揮。
驅(qū)動系統(tǒng): 相當(dāng)于人手的肌肉系統(tǒng),為靈巧手的精細操作提供動力支持;
傳動系統(tǒng): 類似人手的筋腱,通過齒輪、連桿以及腱繩等傳動方式將驅(qū)動系統(tǒng)提供的動力精準(zhǔn)傳遞至手指關(guān)節(jié)。
感知系統(tǒng): 相當(dāng)于人手的皮膚與神經(jīng)末梢,包括觸覺、力覺以及位置傳感器等,用于感知手部與外界物體的接觸狀態(tài)和力度,以及手部自身的位置和運動狀態(tài)。
控制系統(tǒng): 當(dāng)前靈巧手的控制系統(tǒng)通常采用分布式架構(gòu),即一個總的控制系統(tǒng)模塊配合每個驅(qū)動電機內(nèi)部的獨立控制器。總的控制系統(tǒng)模塊一般位于手掌或手腕中,負責(zé)整體的任務(wù)規(guī)劃、運動協(xié)調(diào)和傳感器數(shù)據(jù)融合等功能;手指關(guān)節(jié)驅(qū)動電機內(nèi)部的獨立控制器則負責(zé)電機的具體控制,如速度控制、位置控制和電流控制等。
二、驅(qū)動系統(tǒng)——靈巧手的動力引擎
1. 驅(qū)動類型劃分
從驅(qū)動原理維度劃分,靈巧手的驅(qū)動方式主要包括液壓驅(qū)動、電機驅(qū)動、氣壓驅(qū)動及形狀記憶合金驅(qū)動等類型。
但在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中,電機驅(qū)動已成為多數(shù)企業(yè)采用的主流驅(qū)動方式,而支撐該驅(qū)動方式的模組通常由電機、減速器以及驅(qū)動控制器三大部分組成。
電機:靈巧手常用的電機類型包括無刷空心杯電機、無刷有齒槽電機等,核心作用是輸出旋轉(zhuǎn)運動,為靈巧手提供基礎(chǔ)動力來源。
減速器:典型類型有行星減速器、諧波減速器等,主要功能是將電機輸出的“高轉(zhuǎn)速低扭矩”,轉(zhuǎn)換為靈巧手執(zhí)行動作所需的 “低轉(zhuǎn)速高扭矩”,匹配實際作業(yè)動力需求。
驅(qū)動控制器:用于精準(zhǔn)控制電機的關(guān)鍵運行參數(shù),如轉(zhuǎn)速、扭矩等,保障靈巧手動作的穩(wěn)定性與可控性。
此外,若參考驅(qū)動器數(shù)量與靈巧手自由度(DOF)數(shù)量的匹配關(guān)系,靈巧手的驅(qū)動方式可以劃分為全驅(qū)動和欠驅(qū)動。
全驅(qū)動:靈巧手的每個自由度(DOF)都配備獨立的驅(qū)動器(如電機、液壓泵),即 “驅(qū)動器數(shù)量 = 自由度數(shù)量”。技術(shù)本質(zhì)在于通過 “動力單元與關(guān)節(jié)的一一對應(yīng)”,實現(xiàn)每個關(guān)節(jié)的完全解耦控制—— 即每個關(guān)節(jié)的運動(如彎曲角度、速度)可獨立調(diào)節(jié),不受其他關(guān)節(jié)影響。
欠驅(qū)動:靈巧手的驅(qū)動器數(shù)量少于自由度數(shù)量(即“驅(qū)動器數(shù)量 < 自由度數(shù)量”),未配備獨立驅(qū)動器的自由度,需通過「機械結(jié)構(gòu)耦合」(如連桿、腱繩傳動)或「運動自適應(yīng)」實現(xiàn)活動。技術(shù)本質(zhì)在于放棄部分關(guān)節(jié)的獨立動力,通過 “機械結(jié)構(gòu)的被動適應(yīng)性” 簡化設(shè)計 —— 例如用 1個電機驅(qū)動2個指節(jié),例如通過連桿聯(lián)動,當(dāng)手指接觸物體時,指節(jié)會根據(jù)物體形狀自動調(diào)整彎曲角度。
2. 靈巧手常用電機類型
2.1 空心杯電機
空心杯電機是一種采用無鐵芯繞組設(shè)計的永磁直流電機,其核心優(yōu)勢在于徹底消除了鐵芯帶來的渦流與磁滯損耗,從而實現(xiàn)了高效率、低慣性和快速動態(tài)響應(yīng)的電機性能。根據(jù)換向系統(tǒng)的不同,空心杯電機可進一步劃分為兩大類:有刷空心杯電機(其轉(zhuǎn)子為無鐵芯的杯形繞組)和無刷空心杯電機(其定子為無鐵芯的杯形繞組)。
“有刷”和“無刷”空心杯電機結(jié)構(gòu)示意圖
備注:“空心杯”的本質(zhì)是指電機中起到關(guān)鍵作用的無鐵芯繞組部件。
1)空心杯電機的構(gòu)成
空心杯電機在結(jié)構(gòu)上主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)以及相關(guān)輔助部件構(gòu)成。
備注:無刷電機中也存在特殊設(shè)計(如“外定子永磁體 + 內(nèi)轉(zhuǎn)子空心杯”),但主流形式為 “定子繞組 + 轉(zhuǎn)子永磁體” 結(jié)構(gòu),與有刷電機的 “定子永磁體” 形成互補。
A.定子:電機中的靜止部分,它建立或產(chǎn)生主磁場。對于有刷空心杯電機而言,它的定子的是永磁體,固定在電機外殼內(nèi)壁,提供一個恒定、強大的靜態(tài)磁場。然而,對于無刷空心杯電機而言,它的定子卻是線圈繞組,固定在電機內(nèi)部中心位置,通過外部驅(qū)動電路通電,產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場。
B.轉(zhuǎn)子:電機中的旋轉(zhuǎn)部分,它在定子產(chǎn)生的磁場作用下受力并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,實現(xiàn)機械轉(zhuǎn)動。對于有刷空心杯電機而言,它的轉(zhuǎn)子是線圈繞組,電流通過電刷和換向器直接流入這個空心杯線圈繞組,產(chǎn)生磁場。對于無刷空心杯電機而言,它的轉(zhuǎn)子是永磁體,被定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場吸引,跟著一起轉(zhuǎn)動。
C.換向系統(tǒng):保證電機產(chǎn)生連續(xù)、定向轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵部件。其核心作用是通過周期性地改變繞組電流方向(或通電順序),使轉(zhuǎn)子能持續(xù)旋轉(zhuǎn)而非擺動卡頓。有刷與無刷空心杯電機在實現(xiàn)方式上存在根本區(qū)別:有刷電機采用機械換向(電刷與換向器),而無刷電機采用電子換向(電子控制器與位置傳感器)。
D.支撐結(jié)構(gòu):保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵?招谋姍C追求高轉(zhuǎn)速、低振動和高效率,必須采用高精度的支撐結(jié)構(gòu)來避免轉(zhuǎn)子的偏心振動。其核心支撐部件為軸承。典型結(jié)構(gòu)采用兩個軸承(前端與后端),分別壓配在前、后端蓋的軸承室內(nèi)。轉(zhuǎn)子軸支承于軸承的內(nèi)圈,從而實現(xiàn)精確的徑向定位與軸向約束。
E.輔助部件:主要包括外殼和引線,為電機提供結(jié)構(gòu)完整性、防護和電氣連接。
外殼:通常采用金屬(如鋁合金、不銹鋼)或高性能工程塑料(如PPS)。用于固定電機的靜態(tài)部件,護內(nèi)部精密部件(如軸承、繞組)免受灰塵、濕氣等外部環(huán)境影響。
引線:作為電機與外部驅(qū)動電源之間的電氣連接橋梁。通常采用多股細銅絲絞合而成的軟導(dǎo)線,具備優(yōu)良的柔韌性和耐彎曲性能,以適應(yīng)電機安裝或運行中的振動,防止斷線。部分電機采用標(biāo)準(zhǔn)化端子接口,便于快速插拔和系統(tǒng)集成。
在技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化進程中,靈巧手的發(fā)展長期面臨兩大瓶頸:微型化與高負載的矛盾、動態(tài)響應(yīng)與控制精度的平衡。無刷空心杯電機以其高功率密度、快速動態(tài)響應(yīng)、高效率及精準(zhǔn)控制等優(yōu)勢,成為破解上述難題的破局關(guān)鍵,因而成為當(dāng)前靈巧手驅(qū)動系統(tǒng)的首選方案。
2)空心杯電機產(chǎn)品壁壘
當(dāng)前空心杯電機行業(yè)存在較高產(chǎn)品壁壘,行業(yè)進入門檻高。其核心難點聚焦于繞線技術(shù),具體涵蓋繞線設(shè)計、繞線工藝與繞線設(shè)備三大維度;同時,即便突破技術(shù)瓶頸實現(xiàn)批量生產(chǎn),受繞線過程中張力波動、導(dǎo)線貼合度等細節(jié)影響,產(chǎn)品良率仍難以長期穩(wěn)定在較高水平,進一步抬高了行業(yè)的規(guī)模化落地門檻。
A.繞線設(shè)計
繞線設(shè)計是空心杯電機技術(shù)壁壘的核心環(huán)節(jié),它是一個典型的多物理場(電磁、熱、力學(xué))與多學(xué)科(電磁學(xué)、材料學(xué)、機械工程)交叉的深度綜合優(yōu)化過程。該過程具體涵蓋三大核心任務(wù):
電磁與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化: 需精準(zhǔn)匹配匝數(shù)、線徑等參數(shù),在無鐵芯約束下實現(xiàn)最佳的磁場分布與磁動勢,這直接決定了電機的功率密度、效率及輸出扭矩。
繞組拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計: 針對異形杯狀結(jié)構(gòu)(如圓柱、碟形),必須精確設(shè)計導(dǎo)線的空間排布路徑、端部轉(zhuǎn)向與固定方式,以確保繞組的機械穩(wěn)定性,避免因電磁力或離心力引發(fā)形變或振動。
材料選型與熱管理協(xié)同設(shè)計: 導(dǎo)線需兼具高導(dǎo)電率與高強度;同時,因無鐵芯導(dǎo)致散熱路徑變化,必須通過繞組間隙優(yōu)化與絕緣材料的導(dǎo)熱性匹配,構(gòu)建高效散熱通路,控制運行溫升。
設(shè)計師的核心挑戰(zhàn)在于平衡高功率密度、低扭矩波動、小體積、高可靠性等相互沖突的目標(biāo)。一個卓越的繞線設(shè)計方案,不僅定義了電機的性能上限,更奠定了工藝可行性與設(shè)備選型的基礎(chǔ),是構(gòu)成行業(yè)壁壘的首要且最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
B.繞線工藝
繞線工藝是構(gòu)筑空心杯電機性能與量產(chǎn)可行性的核心壁壘。該工藝旨在將獨立的漆包線轉(zhuǎn)化為一個具備足夠機械強度的自支撐線圈體,其關(guān)鍵在于對溫度、壓力與時間的精密控制,使漆包線絕緣漆(如聚氨酯、聚酰胺酰亞胺)熱熔合并固化,在相鄰導(dǎo)線間形成牢固的絕緣粘結(jié),以承受電機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力。工藝水平直接決定了線圈的精度、一致性及最終結(jié)構(gòu)強度,進而影響電機的扭矩輸出、效率、NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)及量產(chǎn)良率。按繞制方式劃分,主流工藝主要包括直繞形、馬鞍形與斜繞形三類,其技術(shù)特性與適用場景差異顯著:
直繞形:空心杯電機中一種適配長繞組結(jié)構(gòu)的線圈繞制方式,其核心特征為:以電機定子或轉(zhuǎn)子的軸線方向(即電機長度方向)為基準(zhǔn),通過精確控制導(dǎo)線張力與排列軌跡,將導(dǎo)線沿該方向緊密繞制,形成柱狀或?qū)盈B狀規(guī)整繞組;因需滿足較長繞組的制作需求,通常需分多次繞制,工藝復(fù)雜度相對較高,最終成品繞組具備絕緣性能較好、輸出扭矩穩(wěn)定的特點。
馬鞍形:空心杯電機領(lǐng)域主流的線圈繞制方案之一,也是國外先進空心杯技術(shù)中常用的繞制方式。根據(jù)電機定子槽的弧形輪廓,將導(dǎo)線一次性貼合槽內(nèi)弧形軌跡繞制,使繞組整體輪廓呈現(xiàn)類似“馬鞍” 的對稱形態(tài) —— 繞組主體與定子槽高度契合,兩端伸出部分弧度平緩且對稱;該繞法工藝簡單高效,無需多次疊繞,成品繞組具有重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、電磁利用率高、輸出力矩大及時間常數(shù)小的核心優(yōu)勢。
斜繞形:空心杯電機高端應(yīng)用場景中的關(guān)鍵線圈繞制方式,屬于國外先進技術(shù)方向。繞制時使導(dǎo)線與電機軸線保持5°-15° 的傾斜角度,通過繞線機精準(zhǔn)控制導(dǎo)線的傾斜角度與螺旋間距,沿定子槽連續(xù)繞制形成螺旋狀繞組;該繞組磁場分布平滑均勻,工藝難度介于直繞形與馬鞍形之間,成品具備轉(zhuǎn)動慣量最小、電磁噪音低、時間常數(shù)小及輕量化程度高的顯著特性,適配對極速響應(yīng)與低噪需求嚴(yán)苛的場景。
C.繞線設(shè)備
空心杯電機的繞線設(shè)備根據(jù)其成型路徑,主要分為卷繞式生產(chǎn)(Sheet Winding) 和一次成型生產(chǎn)(Direct Winding) 兩大類。
卷繞生產(chǎn):該工藝路徑長且復(fù)雜。首先將銅線在平面模具上繞制成二維的菱形線圈或波浪形線圈,隨后通過精密模具將線圈壓制成型為扁平線排,最后再將此線排卷繞并固化形成最終的圓柱狀線圈。該成型方式的特點:工藝成熟,但工序繁多,對材料(漆膜延展性)和模具精度要求極高。在壓型和卷繞過程中極易引起漆膜損傷、線材變形或內(nèi)部應(yīng)力,導(dǎo)致一致性差、廢品率高。其主要優(yōu)勢在于能生產(chǎn)出軸向長度很短的線圈,但在大直徑、高功率線圈生產(chǎn)上劣勢明顯。
一次成型生產(chǎn):使用多軸聯(lián)動精密繞線機,將漆包線直接在圓柱狀模具(芯軸)上進行空間三維繞排,一次成型,無需后期的壓扁和卷圓工序。該成型方式的特點:其路徑短、自動化程度高、材料損傷風(fēng)險小,因此效率高、一致性好。先進的直接繞線技術(shù)可以生產(chǎn)出尺寸更大、槽滿率更高、幾何形狀更優(yōu)的高性能線圈。其技術(shù)壁壘主要體現(xiàn)在繞線機的復(fù)雜度和控制算法的精密程度上。是當(dāng)前高端空心杯電機的主流工藝。
國外繞線機技術(shù)由歐美日頭部企業(yè)主導(dǎo),其設(shè)備與技術(shù)已高度成熟。代表企業(yè)如瑞士Meteor、日本田中精機、日特機械等廠商,憑借長期技術(shù)積累,在全球市場占據(jù)重要份額(頭部企業(yè)市場份額集中)。
其高端設(shè)備普遍采用一次性成型工藝,集成繞制、在線檢測與固化環(huán)節(jié),自動化與智能化程度高,可實現(xiàn)全流程無人化作業(yè)。這些設(shè)備在線徑適應(yīng)性上覆蓋廣(例如,部分高端機型可支持0.02mm以上的線徑繞制),張力控制精度高(例如,部分廠商通過PID控制策略等技術(shù)可實現(xiàn)精密的張力控制),單位產(chǎn)能高,且設(shè)備可靠性與平均無故障運行時間(MTBF)表現(xiàn)出色。
與之相比,國內(nèi)繞線機產(chǎn)業(yè)起步相對較晚,當(dāng)前正處在快速追趕期,技術(shù)路徑呈現(xiàn)多元化。在面向大功率電機所需的粗線徑、高復(fù)雜度線圈制造時,國產(chǎn)設(shè)備在繞制精度、工藝穩(wěn)定性及長期可靠性方面,與國際頂尖水平仍存在可見差距。
國內(nèi)領(lǐng)先廠商正根據(jù)自身優(yōu)勢尋求突破:例如,中特科技的全自動雙軸繞線機專注于卷繞工藝,已在中小尺寸線圈的量產(chǎn)上取得成功;而勤聯(lián)科技等企業(yè)雖已攻關(guān)一次成型技術(shù),但現(xiàn)階段其工藝能力可能更多適用于尺寸相對較小、線徑范圍較窄(如0.08-0.2mm)的圓柱狀線圈,在應(yīng)對大功率空心杯電機等特種需求的超精細或異形線圈繞制時,設(shè)備的適配性和工藝成熟度仍有提升空間。
2.2 無刷有齒槽直流電機
無刷有齒槽直流電機是永磁同步電機的典型代表,也是無刷直流電機的主流技術(shù)形態(tài)。其核心由定子、轉(zhuǎn)子及控制器三部分構(gòu)成:
定子:由高導(dǎo)磁硅鋼片疊壓構(gòu)成帶齒槽的鐵芯,漆包線繞組嵌入齒槽中。齒槽結(jié)構(gòu)用于集中磁通、增強氣隙磁場,通電后的繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,是機電能量轉(zhuǎn)換的源頭。
轉(zhuǎn)子:通常采用高性能永磁體(如釹鐵硼),在定子磁場作用下受力旋轉(zhuǎn),輸出機械能。
控制器:基于微處理器,配合位置傳感器(如霍爾傳感器)和功率電路,實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置檢測、電子換向及調(diào)速控制,取代機械電刷功能。
無刷有齒槽直流電機核心特點
優(yōu)勢:
高功率/轉(zhuǎn)矩密度:齒槽結(jié)構(gòu)有效集中磁場,減少漏磁,其轉(zhuǎn)矩密度較無齒槽電機可提升20%-30%,結(jié)構(gòu)緊湊,適合空間受限的高負載場景
良好散熱性:定子鐵芯與齒槽結(jié)構(gòu)提供了更大的散熱表面積,利于熱量導(dǎo)出,保障持續(xù)運行能力。
成本與壽命:中小功率型號成本優(yōu)勢明顯,且無電刷磨損,壽命長達10,000小時以上,維護成本低。
劣勢:
齒槽效應(yīng):低速時因齒槽轉(zhuǎn)矩易引發(fā)周期性轉(zhuǎn)矩波動(典型值5%-8%),影響運行平順性與控制精度。
體積與噪音:鐵芯結(jié)構(gòu)導(dǎo)致體積與重量相對較大,轉(zhuǎn)矩波動易轉(zhuǎn)化為40-60dB的低頻噪音。
采用無刷有齒槽電機是靈巧手實現(xiàn)成本控制的一種可行路徑,但需針對其精度、體積與響應(yīng)速度的固有局限進行專項優(yōu)化:
精度提升:采用定子斜槽或斜極設(shè)計,并搭配高精度FOC控制算法,可將轉(zhuǎn)矩波動抑制至2%以內(nèi),提升動作平穩(wěn)性。
體積縮減:通過定子模塊化集成設(shè)計與輕量化復(fù)合材料機殼,可實現(xiàn)體積縮減15%-20%。
響應(yīng)加速:升級控制器電流環(huán)帶寬至1kHz以上,并選用低損耗繞組,可有效縮短動力延遲。
2.3 無刷空心杯電機 VS 無刷有齒槽電機
無刷空心杯電機憑借其高能效和快速響應(yīng),是高端靈巧手驅(qū)動系統(tǒng)的核心;而具備高扭矩密度和顯著成本優(yōu)勢的無刷有齒槽電機,則為靈巧手的產(chǎn)業(yè)化落地與成本控制提供了關(guān)鍵支撐。
從產(chǎn)品單價來看,以Maxon為代表的外資高端無刷空心杯電機價格通常在每個4000元左右,而國內(nèi)企業(yè)同等類型產(chǎn)品的價格約為1000元~2000元/個。無刷有齒槽電機更具成本優(yōu)勢,單價僅約200元~500元/個。
出于經(jīng)濟性考量,無刷有齒槽電機有望在部分場景替代無刷空心杯電機。據(jù)相關(guān)信息透露,特斯拉的第3代靈巧手使用部分無刷有齒槽電機替代無刷空心杯電機。因為該靈巧手在設(shè)計上,將電機從手掌內(nèi)整體遷移至前臂。這大大解放了手部空間,允許使用一些尺寸稍大但扭矩密度高、成本更低的電機,為使用無刷有齒槽電機創(chuàng)造了條件。
三、國內(nèi)外空心杯電機企業(yè)
1. 國外企業(yè)
1)Maxon(瑞士)
Maxon 成立于1961年,總部坐落于瑞士薩克瑟恩,最初作為德國法蘭克福 BRAUN 電氣集團在瑞士的生產(chǎn)基地,名為 Interelectric AG 公司。發(fā)展至今,Maxon 集團已在全球設(shè)有九個生產(chǎn)基地,約有 3300 名員工,業(yè)務(wù)覆蓋 40 多個國家。
Maxon 定位為全球頂尖的精密驅(qū)動技術(shù)解決方案提供商,專注于為對驅(qū)動系統(tǒng)精度、可靠性、穩(wěn)定性要求極高的行業(yè)服務(wù)。其主營產(chǎn)品豐富多樣,涵蓋有刷 / 無刷直流電機、精密齒輪箱、運動控制器以及傳感器與編碼器等,可提供從單一組件到完整機電一體化驅(qū)動系統(tǒng)的產(chǎn)品與服務(wù)。
針對靈巧手的驅(qū)動需求,Maxon ECX 系列無刷空心杯電機因性能匹配度高、可靠性強,已成為當(dāng)前主流的應(yīng)用類型之一。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
2)Faulhaber(德國)
Faulhaber 成立于1947年,總部位于德國。它是一家獨立的家族集團企業(yè),在高端小型和微型驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)重要地位,是該領(lǐng)域產(chǎn)品門類最為齊全的企業(yè)之一,產(chǎn)品暢銷全球各地。目前,集團在德國、瑞士、美國、羅馬尼亞和匈牙利建有研發(fā)和生產(chǎn)中心,公司網(wǎng)絡(luò)遍布全球30多個國家與地區(qū),擁有超過2300名專業(yè)員工。
Faulhaber 的產(chǎn)品定位為提供高性能、高精度且適用于極小空間的驅(qū)動解決方案,服務(wù)于對驅(qū)動技術(shù)要求極為嚴(yán)苛的行業(yè)。其主營產(chǎn)品豐富多樣,涵蓋電機、減速箱、線性致動器、編碼器、電子控制器等,可滿足從單一部件到系統(tǒng)適配的多元需求。
在機器人靈巧手應(yīng)用領(lǐng)域,F(xiàn)aulhaber BX系列應(yīng)用較為廣泛。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
2. 國內(nèi)企業(yè)
1)鳴志電器
上海鳴志電器股份有限公司(簡稱“鳴志電器”)成立于1994 年,總部位于上海,專注于控制電機及驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)與生產(chǎn),是全球領(lǐng)先的運動控制解決方案提供商。其中,控制電機涵蓋步進電機、伺服電機、直流無刷電機以及空心杯電機等多種類型,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、機器人、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
自 2023 年起,鳴志電器便持續(xù)向特斯拉供應(yīng)空心杯電機樣品,其核心產(chǎn)品 ——10mm 無刷空心杯電機,已順利通過特斯拉 Optimus 靈巧手的多輪測試驗證。2024 年,該電機進一步完成 B 輪測試,通過了嚴(yán)苛的 3000 小時可靠性考核;截至目前,鳴志電器已成功通過特斯拉 C 輪認證,成為其空心杯電機的準(zhǔn)供應(yīng)商,不過雙方尚未正式官宣合作身份。
針對靈巧手應(yīng)用場景,鳴志電器提供的ECH 系列無刷空心杯電機,可精準(zhǔn)適配靈巧手對微型化、高動態(tài)響應(yīng)的需求。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
2)鼎智科技
江蘇鼎智智能控制科技股份有限公司(簡稱“鼎智科技”)成立于2008年,總部位于江蘇常州,是江蘇雷利的控股子公司。公司專注于提供定制化的精密運動控制解決方案,核心產(chǎn)品線涵蓋線性執(zhí)行器、空心杯電機、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠、諧波減速器等關(guān)鍵部件,廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷設(shè)備、半導(dǎo)體制造、實驗室自動化以及人形機器人等高端工業(yè)領(lǐng)域。
據(jù)悉,鼎智科技已將其8mm有刷空心杯電機及10mm無刷空心杯電機送樣至特斯拉Optimus人形機器人項目,目前正處于測試驗證階段。
針對靈巧手應(yīng)用場景,鼎智科技可提供電機直徑覆蓋6mm~22mm多個尺寸規(guī)格系列的無刷空心杯電機產(chǎn)品。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
3)兆威機電
深圳市兆威機電股份有限公司(簡稱“兆威機電”)成立于2001年,總部位于深圳,是一家集設(shè)計、研發(fā)、制造于一體的微型傳動和微型驅(qū)動系統(tǒng)解決方案提供商,產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、智能機器人、工業(yè)裝備、智能家居、3C電子等諸多領(lǐng)域。其在機器人領(lǐng)域的產(chǎn)品主要包括靈巧手零部件和電機驅(qū)動模組。
據(jù)悉,2025年5月底,兆威機電完成第三代技術(shù)方案(無刷有齒槽電機+微型絲杠)的開發(fā)并送樣。該方案通過定子拼塊工藝實現(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩自鎖功能,模組體積較上一代優(yōu)化,適配特斯拉Optimus Gen3手指關(guān)節(jié)的微型化需求。目前,該方案已進入特斯拉供應(yīng)鏈審核階段。
在無刷空心杯電機領(lǐng)域深耕布局,兆威機電構(gòu)建了覆蓋直徑4mm 至 22mm 的多元產(chǎn)品矩陣,憑借豐富的規(guī)格選擇,能適配機器人、智慧醫(yī)療、工業(yè)自動化及智能消費等多領(lǐng)域的動力需求,為不同場景下的設(shè)備提供精準(zhǔn)驅(qū)動支持。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
4)禾川科技
浙江禾川科技股份有限公司(簡稱“禾川科技”)成立于2011 年 11 月,總部位于浙江衢州龍游縣工業(yè)園區(qū),是國產(chǎn)工業(yè)自動化領(lǐng)域的核心企業(yè),定位為智慧工廠的核心部件與系統(tǒng)集成解決方案提供商。
公司主營產(chǎn)品覆蓋工業(yè)自動化全鏈條,包括控制器、伺服系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、編碼器、變頻器、觸摸屏、電動滾筒、精密傳動部件等。
2024年8月,禾川科技成立浙江禾川人形機器人有限公司,該公司聚焦人形機器人新賽道,專注研發(fā)核心動力驅(qū)動產(chǎn)品,具體涵蓋電驅(qū)關(guān)節(jié)、靈巧手專用空心杯電機,以及微型力矩電機、中空型緊湊編碼器、力矩電機等關(guān)鍵部件。
在無刷空心杯電機領(lǐng)域,禾川科技推出Hu-ECU 系列產(chǎn)品,涵蓋 φ8mm-φ16mm 多個尺寸規(guī)格。該系列主要應(yīng)用于人形機器人靈巧手手指關(guān)節(jié),同時適配 SMT 設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等場景,能精準(zhǔn)滿足極致空間下的驅(qū)動需求,為國產(chǎn)自動化及機器人產(chǎn)業(yè)提供關(guān)鍵部件支持。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
5)雷賽智能
深圳市雷賽智能控制股份有限公司(簡稱“雷賽智能”)成立于1997年,總部位于深圳。公司聚焦于伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)、運動控制PLC、運動控制卡等核心產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù),為工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備以及人形機器人等領(lǐng)域提供高性能自動化解決方案。
針對靈巧手應(yīng)用場景,公司構(gòu)建了覆蓋全規(guī)格的無刷空心杯電機產(chǎn)品體系:直徑跨度從6mm 到 16mm,適配不同尺寸靈巧手的關(guān)節(jié)設(shè)計;功率區(qū)間從 2W 到 100W,可匹配輕、中不同負載的動作需求。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
6)拓邦股份
深圳拓邦股份有限公司(簡稱“拓邦股份”)成立于1996年,公司總部位于深圳。2007年,拓邦在深交所上市,開創(chuàng)了中國家電智能控制行業(yè),是國內(nèi)智能控制領(lǐng)域首家上市公司。歷經(jīng)多年發(fā)展,拓邦已構(gòu)建起 “四電一網(wǎng)”(電控、電機、電池、電源、物聯(lián)網(wǎng)平臺)的核心技術(shù)體系,以此為依托,深度服務(wù)工具和家電、數(shù)字能源和智能汽車、機器人三大領(lǐng)域,為全球客戶定制智能解決方案。
公司主營產(chǎn)品多元,涵蓋控制器、電機、電池、電源等關(guān)鍵部件及智能整機產(chǎn)品。在工具和家電領(lǐng)域,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各類家電及專業(yè)工具;數(shù)字能源業(yè)務(wù)圍繞儲充系統(tǒng)打造完整產(chǎn)品矩陣,智能汽車業(yè)務(wù)則以激光雷達電機和充電樁為核心;在機器人領(lǐng)域,提供智能控制、電機、驅(qū)動及 AI 整機產(chǎn)品。
在空心杯電機方面,拓邦電機作為旗下負責(zé)研發(fā)生產(chǎn)的主體,打造了直徑 7-40mm 的空心杯電機產(chǎn)品矩陣,能滿足不同功率和場景需求,包括人形機器人靈巧手、電動工具、新能源汽車激光雷達、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域。
無刷空心杯電機相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)信息(信息來源:公司官網(wǎng))
原文標(biāo)題 : 靈巧手系列之驅(qū)動系統(tǒng):靈巧手實現(xiàn)精細操作的 “動力心臟”

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