電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）人形機器人作為智能機器人的終極賽道，從來不缺少話題度，其每一個進展都備受關注，總能第一時間吸引到人們的目光。本周，特斯拉毫無預告地放出了第二代人形機器人最新視頻并表示擎天柱二代將于2023年12月發(fā)布。

在視頻中，擎天柱二代除了更流暢的行走姿態(tài)控制，輕松準確地抓取和放下雞蛋的操作也讓人印象深刻，整個拾取連貫平穩(wěn)，展示出其雙手精巧的操控能力。

人形機器人的靈巧手是一種基于人體運動學設計的特殊末端執(zhí)行器，完全不同于普通工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器。普通工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器只能完成夾取、焊接等特定的工作，而靈巧手在多種傳感器和多自由度的加持下能夠實現(xiàn)與人手相似的功能。在人形機器人賽道逐漸升溫的趨勢下，靈巧手里的空心杯電機也成了備受關注的電機產(chǎn)品。

人形機器人必不可少的空心杯電機

機器人的末端執(zhí)行器指的是任何一個連接在機器人邊緣（關節(jié)）具有一定功能的工具，是機器人完成工作任務的必須配置的裝置，執(zhí)行器決定機器人的負荷和工作精度。傳統(tǒng)的工業(yè)機器人末端執(zhí)行器根據(jù)應用場景的需求，基本只能完成單一類型的工作，如鉗式夾取、托舉、焊接，或者是定制的固定功能等。通用性不高，只能應用在單一或極少數(shù)相似的場景，遠遠達不到我們?nèi)耸肿杂伸`活的水平。

靈巧手作為人形機器人的末端執(zhí)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種工具和儀器。沒有靈巧手，人形機器人很難稱得上是真正智能化的機器人。在擎天柱二代的視頻介紹中，特斯拉為其搭載了響應更快的十一自由度靈巧手。

機器人的自由度能夠反映其動作靈活性，可以勝任怎樣的工作以及具有的最高操作性能。通俗來說，自由度越多，機器人就越能接近人手的動作機能，通用性越高，當然其控制也更復雜。工業(yè)機器人基本不超過六個自由度，絕大多數(shù)只有三到四個自由度。

擎天柱二代的末端執(zhí)行器則有十一個自由度，自由度越多，結構越復雜，電機的要求越高。而且由于手部空間不可能很大，對于應用在其中的電機提出了尺寸要求。響應快、精準啟停、扭矩大，還要體積小，控制靈巧手的電機必須完全滿足這些要求。

空心杯作為小巧、高精度電機的代表，在靈巧手中發(fā)揮出了不可替代的作用?？招谋姍C屬于特殊的直流永磁伺服電機，采用無鐵芯結構，有無刷和有刷之分。無鐵芯結構消除了鐵芯帶來的能量損耗，減少重量的同時還能減少了機械能的損耗，因此空心杯電機能實現(xiàn)極高的效率。

同時由于質量慣性的降低，在高扭矩的結合下，空心杯電機能在極短的機械時間常數(shù)內(nèi)實現(xiàn)動態(tài)驅動。這些特性正好契合了人形機器人的需求。

人形機器人推動空心杯電機加速發(fā)展

根據(jù)NTCysd測算，2022年全球空心杯電機市場規(guī)模為51億元，預計2028年市場規(guī)模將達到83億元。這份預測聲明沒有考慮未來人形機器人暴漲的需求。在擎天柱二代中，特斯拉使用了6個空心杯電機來實現(xiàn)11個自由度，一個空心杯電機單價在一到兩千元，以這個量進行測算，未來人形機器人加速發(fā)展空心杯電機僅在人形機器人市場的規(guī)模都將已經(jīng)非?？捎^。

從目前的競爭格局來看，Maxon、Faulhaber、Portescap起步較早，在空心杯電機領域是較為領先的。國內(nèi)也有一些電機廠商已經(jīng)能夠提供或正在布局高性能空心杯電機以應對未來需求巨大的藍海市場。

鳴志電器通過收購獲得了領先的空心杯電機技術，在全球市場都有相當?shù)母偁幜Γ阅苡斜Ｕ系耐瑫r具有性價比優(yōu)勢，是國內(nèi)的第一梯隊。據(jù)悉鳴志電器目前已向人形機器人頭部客戶提交全套技術方案及樣機，正穩(wěn)步推進中。

江蘇雷利與其子公司也在大力推進空心杯電機和人形機器人應用，據(jù)悉部分產(chǎn)品在樣品測試階段已得到客戶認可，處于小批量供貨階段。

深耕微型傳動驅動的兆威機電在空心杯微特電機領域同樣也有相關空心杯電機方案提供，同時還能提供整個微型傳動系統(tǒng)解決方案。

偉創(chuàng)電氣的13mm8萬轉空心杯電機也非常有競爭力，從去年大舉布局機器人賽道開始目前在機器人電機領域也相當有競爭力。

隨著以擎天柱為代表的國內(nèi)外人形機器人逐步在終端市場應用，勢必會帶動空心杯電機的大幅增長。

從空心杯電機看高性能微特電機的迅猛發(fā)展

空心杯電機是直流電機、永磁電機、伺服電機，同樣它也可以被稱為微特電機。微特電機一般指功率在數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦之間，機座外徑不大于160mm或中心高不大于90mm的典型的機電一體化產(chǎn)品。

此前，電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的電機控制先進技術研討會上就做過微特電機的報道，不只是空心杯電機在人形機器人的帶動下開始加速發(fā)展，整個微特電機領域都在市場需求的推動下快速增長，尤其是小尺寸大扭矩的高性能微特電機，空心杯電機的只是其中一個縮影。

根據(jù)Grand View Research發(fā)布的分析報告，2022年全球微特電機市場規(guī)模為400.7億美元，各行各業(yè)對小型化以實現(xiàn)緊湊型高性能設備的渴望推動了微特電機的快速發(fā)展，未來五年年復合增長率為6.2%。

除了人形機器人領域，汽車領域對于高性能微特電機的需求一直在攀升，汽車領域也是2022年最大的微特電機市場。門鎖、后視鏡、車窗、電動座椅、冷卻風扇、水泵、雨刮器、車頂控制、離合器、冷凝器和方向盤等等車內(nèi)系統(tǒng)都需要更小更輕量的電機。

高性能的車載微特電機在小尺寸下提供更精確可靠的驅動實現(xiàn)了更高效的運動控制，保證了車輛的性能、安全性和舒適性，同時確保能源效率利用率高。除此之外，防抱死制動系統(tǒng)等安全系統(tǒng)里高性能微特電機的使用也越來越多。

醫(yī)療行業(yè)目前正在轉向更先進的治療方法，微創(chuàng)手術、藥物輸送、醫(yī)學成像系統(tǒng)、手術植入和診斷，這些精密器械對小尺寸高扭矩電機的需求推動了微特電機在醫(yī)療領域的替代。

寫在最后

空心杯電機為代表的高性能微特電機，讓在一個尺寸更小的機架中獲得更優(yōu)異的電機性能成為現(xiàn)實。未來不僅是空心杯電機，尺寸小、響應快、啟停精準、扭矩大的高性能微特電機也在各個行業(yè)中迎來了更多應用空間，是電機重要的發(fā)展方向。