從方案視角探究：靈巧手所需的電機驅動與傳感技術

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发布时间：2025-07-04 15:02:02编辑：千兵萬馬網浏览（38）

篇首語：在靈巧手係統中，MCU作為整個方案的控製核心，通過多維度技術整合與協同，實現複雜操作功能。例如，在靈巧手實現多自由度精準調控時，MCU能夠憑借編程精確的控製靈巧手的電機驅動係統，輔以仿真建模算法並配合空心杯電機與高性能滾珠傳動機構來進行多個多個關節的自由度運動協調，確保抓取、捏合等動作流暢且精準。

電子發燒友網報道（文/吳子鵬） 作為深耕微型驅動係統領域多年的行業翹楚，在電機控製、傳動係統及電機本體等方麵積累了深厚的技術底蘊與豐富的軟硬件標準化方案。2024 年 11 月，兆威機電重磅推出其精心打造的全驅高可靠靈巧手。該靈巧手配備 17 個主動執行單元，且單指節具備 3 個及以上主動執行單元，能夠精準模擬人手的抓握等精細動作，為機械手賦予了出色的靈活性與精準度。

在國際消費電子展（CES 2025）上，兆威機電再度展示了其創新成果 —— 靈巧手。相關展品擁有 17 - 20 個自由度，引發了廣泛關注。同時，兆威機電在行業中首次提出“靈巧手+”的生態架構，圍繞以“靈巧手”為核心進行商業拓展。在電子發燒友網《人形的電機控製和傳感器》專題中，我們有幸邀請到兆威集團副總經理、首席電控專家 陳毅東博士，了解到一線的靈巧手的係統設計的趨勢與挑戰。



兆威集團副總經理、首席電控專家 陳毅東博士

單芯片集成：靈巧手電機控製方案的大勢所趨

靈巧手在人形機器人整機開發中占據著極大的工程量比重。據相關報道，特斯拉 Optimus 靈巧手的開發工作量可能占整機工程量的 50%‌。頭豹研究院預測，在保守情形下，2030 年全球人形機器人靈巧手市場規模將達 320.6 億元，年複合增長率為 81.2%；樂觀情況下，這一數字將飆升至 879.7 億元，年複合增長率高達 109.3%。

實際上，靈巧手的應用並非局限於人形機器人領域。在工業自動化、醫療康複等領域，其同樣展現出廣泛的應用需求。陳毅東介紹，為實現兆威機電靈巧手的高效運動控製，公司在項目開發初期便與芯片廠商展開深度合作，對芯片性能進行嚴格驗證。兆威機電靈巧手的軟件框架采用分層設計，底層基於國產 MCU 固件庫，中層為自主研發的電機控製算法庫，上層則是應用功能模塊。目前，兆威機電靈巧手已實現完全自主，從芯片選型、協議製定到算法開發，均不依賴國外技術。

在靈巧手係統中，MCU作為整個方案的控製核心，通過多維度技術整合與協同，實現複雜操作功能。例如，在靈巧手實現多自由度精準調控時，MCU能夠憑借編程精確的控製靈巧手的電機驅動係統，輔以仿真建模算法並配合空心杯電機與高性能滾珠傳動機構來進行多個多個關節的自由度運動協調，確保抓取、捏合等動作流暢且精準。

陳毅東特別指出，對於空間要求嚴苛且需控製眾多電機的靈巧手而言，最理想的方案當屬單芯片集成的一體化方案。然而，目前市場上尚未出現成熟的此類方案，因此，選擇高性能 MCU 作為控製樞紐成為當下最佳選擇。在兆威機電的靈巧手中，公司選用了基於 Arm 架構、最高主頻可達 600MHz 的驅動芯片來驅動整個靈巧手。借助高性能 MCU，兆威機電能夠實現單芯片控製多台電機，並在各個控製芯片之間實現高效的數據交互與協同通信。

相較於傳統電機控製，靈巧手所需的電機控製方案麵臨更大挑戰。靈巧手采用的空心杯電機體積更小，對控製精度的要求卻更高。

陳毅東強調，打造領先的靈巧手電機是兆威機電的優勢所在。在 CES 2025 上，公司展示了 6mm - 16mm 空心杯電機，這些電機具有輕便高效的特點，適用於多種機器人應用場景，能夠提供卓越的動力表現。目前，兆威機電已實現包括電控、電機、齒輪箱在內的整個驅動模組和電機整機的自主研發與生產。為此，兆威機電開展了諸多針對性研發工作，具體如下：

電機控製方麵：針對空心杯電機在低電感、高力矩等方麵的控製需求，兆威機電自主研發電機驅動算法庫，實現多電機同步協調控製。

材料與結構優化方麵：兆威機電自研齒輪箱材料，優化齒隙、壽命、強度等關鍵參數，並結合電控與結構設計進行快速迭代，提升傳動效率。

正因如此，兆威機電不僅打造了完整的靈巧手方案，還向客戶出售相關組件，目前已與多家靈巧手整機廠商達成合作。當然，陳毅東在采訪中特別指出，在空心杯電機整機方案優化過程中，目前的高性能 MCU 僅能滿足基本設計需求，仍是技術瓶頸所在，產業迫切需要更高集成度的一體化單芯片方案。

靈巧手更靈活，還要業界打造更卓越的電子皮膚

對於靈巧手而言，精準控製固然重要，電子皮膚同樣不可或缺。電子皮膚作為機器人觸覺感知的核心技術，通過高密度傳感器、柔性材料與多模態感知能力的有機結合，賦予靈巧手近似人類皮膚的感知與交互能力。在兆威機電靈巧手發布會上，陳毅東曾呼籲，要研發更符合人體工學的電子皮膚。

電子皮膚通過密集分布在靈巧手表麵（包括手掌、關節等複雜部位）的傳感器，能夠精準感知物體形狀、壓力分布、材質、溫度等特性。同時，采用可拉伸、可彎曲的柔性基底材料，使電子皮膚能夠貼合機器人手的不規則表麵，提升耐用性與操作穩定性。

陳毅東表示，現階段兆威機電與觸覺傳感器廠商合作定製電子皮膚，實現力反饋數據融合。在此過程中，兆威機電的研發團隊發揮統籌作用，研究如何將傳感器反饋的數據更好地融入主控製器。

結語

陳毅東認為，人形機器人的許多技術研發可借鑒汽車行業經驗。汽車有不同檔次之分，人形機器人則對應不同應用場景，也可根據功能差異對不同組件製定不同價格。人形機器人對可靠性的要求等同於甚至高於汽車，需通過極端環境測試驗證其使用壽命。此外，汽車通過 OTA 進行功能升級的模式值得人形機器人借鑒，這也對相應的軟硬件提出了新的需求。

在靈巧手領域，未來發展呈現兩大趨勢：一是多核高算力芯片整合多電機控製，以實現更高集成度與更小型化的方案；二確保靈巧手具有末端感知、決策、執行等高性能控製。‌

本次陳博士應《電子發燒友網》電機產業分析師的采訪邀請，從方案構建和係統設計的專業角度，深入探討了靈巧手所需的電機控製與傳感器技術，以及相關技術的未來發展走向等話題，在此也表示特別的感謝。我們也更加期待陳博在2025年電子發燒友秋機電機技術論壇和人形機器人論壇上的更多分享。電子發燒友網將會持續推出電機控製與人形機器人的深度一手內容。