電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）人形機(jī)器人作為智能機(jī)器人的終極賽道，從來不缺少話題度，其每一個(gè)進(jìn)展都備受關(guān)注，總能第一時(shí)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(jī)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(gè)拾取連貫平穩(wěn)，展示出其雙手精巧的操控能力。

人形機(jī)器人的靈巧手是一種基于人體運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)的特殊末端執(zhí)行器，完全不同于普通工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器。普通工業(yè)機(jī)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(jī)器人賽道逐漸升溫的趨勢(shì)下，靈巧手里的空心杯電機(jī)也成了備受關(guān)注的電機(jī)產(chǎn)品。

人形機(jī)器人必不可少的空心杯電機(jī)

機(jī)器人的末端執(zhí)行器指的是任何一個(gè)連接在機(jī)器人邊緣（關(guān)節(jié)）具有一定功能的工具，是機(jī)器人完成工作任務(wù)的必須配置的裝置，執(zhí)行器決定機(jī)器人的負(fù)荷和工作精度。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們?nèi)耸肿杂伸`活的水平。

靈巧手作為人形機(jī)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(jī)器人很難稱得上是真正智能化的機(jī)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(jī)器人的自由度能夠反映其動(dòng)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(jī)器人就越能接近人手的動(dòng)作機(jī)能，通用性越高，當(dāng)然其控制也更復(fù)雜。工業(yè)機(jī)器人基本不超過六個(gè)自由度，絕大多數(shù)只有三到四個(gè)自由度。

擎天柱二代的末端執(zhí)行器則有十一個(gè)自由度，自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，電機(jī)的要求越高。而且由于手部空間不可能很大，對(duì)于應(yīng)用在其中的電機(jī)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(jī)必須完全滿足這些要求。

空心杯作為小巧、高精度電機(jī)的代表，在靈巧手中發(fā)揮出了不可替代的作用。空心杯電機(jī)屬于特殊的直流永磁伺服電機(jī)，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(shí)還能減少了機(jī)械能的損耗，因此空心杯電機(jī)能實(shí)現(xiàn)極高的效率。

同時(shí)由于質(zhì)量慣性的降低，在高扭矩的結(jié)合下，空心杯電機(jī)能在極短的機(jī)械時(shí)間常數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。這些特性正好契合了人形機(jī)器人的需求。

人形機(jī)器人推動(dòng)空心杯電機(jī)加速發(fā)展

根據(jù)NTCysd測(cè)算，2022年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模為51億元，預(yù)計(jì)2028年市場規(guī)模將達(dá)到83億元。這份預(yù)測(cè)聲明沒有考慮未來人形機(jī)器人暴漲的需求。在擎天柱二代中，特斯拉使用了6個(gè)空心杯電機(jī)來實(shí)現(xiàn)11個(gè)自由度，一個(gè)空心杯電機(jī)單價(jià)在一到兩千元，以這個(gè)量進(jìn)行測(cè)算，未來人形機(jī)器人加速發(fā)展空心杯電機(jī)僅在人形機(jī)器人市場的規(guī)模都將已經(jīng)非常可觀。

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

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

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

深耕微型傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)的兆威機(jī)電在空心杯微特電機(jī)領(lǐng)域同樣也有相關(guān)空心杯電機(jī)方案提供，同時(shí)還能提供整個(gè)微型傳動(dòng)系統(tǒng)解決方案。

偉創(chuàng)電氣的13mm8萬轉(zhuǎn)空心杯電機(jī)也非常有競爭力，從去年大舉布局機(jī)器人賽道開始目前在機(jī)器人電機(jī)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(jī)器人逐步在終端市場應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)空心杯電機(jī)的大幅增長。

從空心杯電機(jī)看高性能微特電機(jī)的迅猛發(fā)展

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

此前，電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)上就做過微特電機(jī)的報(bào)道，不只是空心杯電機(jī)在人形機(jī)器人的帶動(dòng)下開始加速發(fā)展，整個(gè)微特電機(jī)領(lǐng)域都在市場需求的推動(dòng)下快速增長，尤其是小尺寸大扭矩的高性能微特電機(jī)，空心杯電機(jī)的只是其中一個(gè)縮影。

根據(jù)Grand View Research發(fā)布的分析報(bào)告，2022年全球微特電機(jī)市場規(guī)模為400.7億美元，各行各業(yè)對(duì)小型化以實(shí)現(xiàn)緊湊型高性能設(shè)備的渴望推動(dòng)了微特電機(jī)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(jī)器人領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域?qū)τ诟咝阅芪⑻仉姍C(jī)的需求一直在攀升，汽車領(lǐng)域也是2022年最大的微特電機(jī)市場。門鎖、后視鏡、車窗、電動(dòng)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(jī)。

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

醫(yī)療行業(yè)目前正在轉(zhuǎn)向更先進(jìn)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(duì)小尺寸高扭矩電機(jī)的需求推動(dòng)了微特電機(jī)在醫(yī)療領(lǐng)域的替代。

寫在最后

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