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(guān)注，總能第一時間吸引到人們的目光。本周，特斯拉毫無預(yù)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(zhǔn)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(xué)設(shè)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?qū)崿F(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(guān)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(guān)節(jié)）具有一定功能的工具，是機器人完成工作任務(wù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)然其控制也更復(fù)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(jié)構(gòu)越復(fù)雜，電機的要求越高。而且由于手部空間不可能很大，對于應(yīng)用在其中的電機提出了尺寸要求。響應(yīng)快、精準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，有無刷和有刷之分。無鐵芯結(jié)構(gòu)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(zhì)量慣性的降低，在高扭矩的結(jié)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(qū)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(yù)計2028年市場規(guī)模將達到83億元。這份預(yù)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(lǐng)域是較為領(lǐng)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(yīng)對未來需求巨大的藍海市場。

鳴志電器通過收購獲得了領(lǐng)先的空心杯電機技術(shù)，在全球市場都有相當(dāng)?shù)母偁幜?，性能有保障的同時具有性價比優(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(shù)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(yīng)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(qū)動的兆威機電在空心杯微特電機領(lǐng)域同樣也有相關(guān)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(zhuǎn)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(lǐng)域也相當(dāng)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(yīng)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(shù)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(lǐng)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(shè)備的渴望推動了微特電機的快速發(fā)展，未來五年年復(fù)合增長率為6.2%。

除了人形機器人領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域?qū)τ诟咝阅芪⑻仉姍C的需求一直在攀升，汽車領(lǐng)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(fēng)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(qū)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(zhuǎn)向更先進的治療方法，微創(chuàng)手術(shù)、藥物輸送、醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、手術(shù)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(lǐng)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(yīng)快、啟停精準(zhǔn)、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(yīng)用空間，是電機重要的發(fā)展方向。