電子發燒友網報道（文/吳子鵬）今年的政府工作報告提出，大力推進現代化產業體系建設，加快發展新質生產力。近一段時間以來，“新質生產力”一詞廣受關注。在新質生產力理念的帶動下，制造業在積極進行升級，人形機器人得到了飛速的發展。不過，目前人形機器人距離規模性商業落地還很遠，加大機械臂使用率、滲透率和覆蓋率成為當前的重點。

新質生產力要求機械臂進化成為智能機械臂，將會更加靈活，能夠勝任更加復雜的生產任務。這給機械臂里面的核心元件——電機，提出了更高的要求。

機械臂里面應用到的電機

機械臂作為現代工業和服務領域中的重要工具，其運動系統中所使用的電機類型豐富多樣，常見的有直流電機、步進電機和伺服電機等。

機械臂是一個復雜的系統，大部分機械臂的連桿以串聯形式連接，且每個關節位置由一個變量定義，因此關節數量和關節靈活度決定了機械臂的性能。作為核心部位，機械臂的關節主要由傳動裝置、運動軸系、驅動器、傳感器組成。目前，機械臂的驅動方式主要包括液壓驅動、氣壓驅動和電氣驅動。其中，電氣驅動具有控制性能好、控制精度高、使用可靠、維護簡單等優點，且適用于所有尺寸的機械臂，因而電氣驅動式機械臂是目前使用得最多的一種機械臂。

在電氣驅動的機械臂中，伺服電機是一種通過反饋系統進行閉環控制的電機，能夠提供高性能的運動控制。這種電機類型在機械臂中常用于需要高精度、高速度和高扭矩的應用。在精密加工、醫療手術輔助等應用的機械臂中，伺服電機有著很高的市占率。

步進電機是一種通過一步一步地移動來實現精確位置控制的電機。機械臂中常常需要高精度的定位和控制，這時步進電機就發揮了重要作用。步進伺服電機具有精度高、轉矩大、控制簡單等特點，適用于組裝線精密控制等機械臂。

在電氣驅動式機械臂中，直流伺服電機具有可靠性好、反應迅速、可以得到精確的旋轉角度等優點，是目前主要的驅動電機。直流伺服電機由減速器、編碼器、直流電機構成。在具體工作的過程中，減速器用來改變電機方向傳來的轉速，以達到適合機械臂所需的轉速；編碼器記錄電機旋轉的角度速度等信息；通過對直流電機進行控制，可以使直流伺服電機按期望的轉速和力矩運動到期望的轉角。

當機械臂進化到人形機器人之后，力矩電機的應用就會非常廣泛。力矩電機是一種特殊類型的電機，它以扭矩為控制方向，能夠在電機低速甚至堵轉時仍能提供穩定的力矩給負載。力矩電機通常用于對扭矩有特定要求的應用，如機器人關節驅動。

智能機械臂需要的電機

在新質生產力的要求下，機械臂下一步發展的明顯趨勢是智能化升級。當前，越來越多協作機器人企業開始積極投身于新形態工業機器人的探索與開發之中，除了人形機器人的研發，也將更多的功能加入機械臂中，打造更高性能的機械臂。比如，在今年的工博會上，Franka Research 3就是一款升級產品，得益于Franka AI Companion的助力，這款機械臂可以快速實現FCI、ROS、相機驅動等環境觸發模型的開發，同時1kHz頻率的運行控制算法使機器人即刻接收到力反饋，幾乎沒有延時，實現了高精度、高靈敏度的力控反饋和高效、安全的人機協作功能。

再比如基恩士三維機械手視覺系統CV-X480D，由于4臺相機可生成無死角的圖像，新開發的三維檢測能在超快速度內提供更佳的檢測結果。不受工件位置或朝向的影響，能實現穩定檢測。

而要實現這些智能化功能，機械臂里面的電機也要有更好的性能支持。比如，在關節控制和視覺控制方面，步進電機是這些精準控制系統主要采用的電機。在機械臂智能化升級之后，步進電機需要能夠快速響應指令，使機器人能夠準確地完成各種動作。同時，步進電機還需要優化效率和穩定性，以保證復雜任務執行的可靠性。

另外，現在很多機械臂延伸出了機械手，機械手的關節眾多且部署空間更小，對電機微型化有著更高的要求。為了實現電機的微型化，研發人員需要不斷優化電機的結構設計，采用新型的材料和制造工藝，如微機電系統（MEMS）技術等，在減小電機體積的同時，確保其性能不受影響。

結語

數據顯示，全球機械臂市場規模已突破數百億美元大關，預計在未來幾年內將以約12%的年均增長率持續擴張。目前，機械臂的智能化升級趨勢明顯，電機作為機械臂里面的核心元件，也需要迎合這種趨勢，無論是電機本體、控制系統，還是驅動系統，都需要做相應的升級。