電子發燒友網報道（文/吳子鵬）當前，在人形機器人的發布會現場，機器人手部展示已經成為重點，尤其是手部的準確性和自由度展示。近日，特斯拉CEO埃隆·馬斯克在透露下一代人形機器人Optimus（擎天柱）細節時也特別談到了靈巧手。他表示，下一代Optimus的手部將有22個自由度，前一代版本擁有11個自由度，“它看起來非常像人類的手，可以彈鋼琴，甚至可以彈吉他。”

從10+自由度到20+自由度，是機器人靈巧手下一步升級的主流趨勢，可以讓機械臂和機器人在科研、通用泛化、工業和服務場景有更加廣泛的應用，也能夠進一步替代傳統人類的工作。

作為靈巧手的核心零部件，電機驅動在機器人這一波升級中將迎來巨大的市場機遇，因為手部自由度的增加也就意味著電機驅動系統數量的增加，因此靈巧手對于電機用量的帶動是非常明顯的，將會進一步推動電機技術發展。

第二代Optimus靈巧手放棄空心杯電機？

在Optimus官方賬號發布第二代Optimus展示視頻不久，有分析師表示，特斯拉Optimus第二代人形機器人相比第一代，靈巧手的電機數量翻倍，腱繩長度增長10倍，但第二代靈巧手用空心杯電機的必要性下降，空心杯電機雖體積小、啟動速度快、轉速高，但力量不夠大，而特斯拉要做力量更大的高負載靈巧手，普通帶鐵芯的直流無刷電機（BLDC）也可滿足需求。

目前，靈巧手動力源可分為電機驅動、氣壓驅動（氣動）、液壓驅動與形狀記憶合金驅動。其中，電機驅動的優勢是驅動力大、控制精度高、響應速度快、模塊化設計、易于更換和維護，此外電機驅動有利于控制芯片實現模塊化控制，因此目前電機驅動是靈巧手設計的主流方式。

在上一波靈巧手設計上，空心杯電機是廠商的主流選擇。空心杯電機是一種采用無鐵芯轉子的直流永磁伺服控制電動機，其電樞繞組為空心杯線圈，形狀類似水杯，因此被稱為“空心杯電機”。

作為微特電機的一種，空心杯電機重量和轉動慣量大幅降低，從而減少定/轉子自身的機械能損耗。由于定轉子結構變化而使電機的運轉特性得到極大改善，節能表現也更加突出，還具備鐵芯電機所無法達到的控制和拖動特性。此外，由于體積大幅縮小，空心杯電機的能量密度比其他電機大得多，與同等功率的鐵芯電機相比，重量可減輕一半。得益于這些優勢，空心杯電機被認為是目前市場上性能最為卓越的電機解決方案之一，成為人形機器人靈巧手的理想選擇。

在上一代Optimus人形機器人上，空心杯關節由空心杯電機+多級行星減速器+蝸輪蝸桿+位置傳感器（雙編）+驅動器+金屬腱繩構成。其中，空心杯電機是其靈巧手中的核心零部件，Optimus單只靈巧手主要有6個空心杯關節（空心杯驅動器/執行器）驅動，大拇指三個自由度，相比其余手指多了一個內收外展的自由度，由兩個執行器驅動，其余手指均為兩個自由度，分別由一個執行器驅動。

從供應來看，目前空心杯電機的供應主要還是依賴國際廠商，市場的主要份額也基本集中在MAXOON和Faulhaber等國際頭部空心杯廠商。天風證券此前在研報中指出，無刷空心杯電機海外以MAXON做得較好，國內鳴志電器、鼎智科技、恒帥股份可做，預計特斯拉量產后，單個人形機器人空心杯電機價值量=600元*12個手部關節算=0.7萬元。

綜上所述，得益于體積小、轉速高、響應快、精度高等優勢，空心杯電機在人形機器人靈巧手方面的應用依然前景大好。

BLDC會成為靈巧手的新寵？

雖然空心杯電機的優勢非常多，不過在特斯拉看來空心杯電機的力量不夠大，因此BLDC是更好的選擇。

雖然有鐵芯，不過BLDC仍然具有很多突出的優勢。比如，BLDC電機具有高效率的優勢，其采用了?電子控制器，可以更精確地控制電流和轉矩，從而提高電機的效率；具有高可靠性的優勢，由于沒有刷子，BLDC電機的維護要求較低，壽命更長；具有高速度范圍的優勢，BLDC電機可以在廣泛的轉速范圍內運行；具有??動態響應高的優勢，由于定子中的低慣性和承載繞組，BLDC電機的動態響應更高；具有體積小的優勢，且重量也很輕。

在人形機器人領域，無框型BLDC應用廣泛，無框電機去除了多余的組件，工程師可直接將外殼、軸承、軸、聯軸器及其他組件集成到極為緊湊的應用設計中。因此，理論上無框電機也可以用于靈巧手設計，比如科爾摩根指出，在緊湊型執行器的應用中，無框電機支持緊湊強大的執行器設計，無論是直接驅動負載還是通過緊湊的諧波、行星或擺線減速機，都能實現充分緊密的運動控制集成。

不過，就像上面談到的，空心杯電機對于有鐵芯電機的優勢是非常明顯的，即便是無框型BLDC，想要達到空心杯電機的設計效果，還需要很多方面的優化。同時，為了得到更好的控制效果，基于通用MCU的BLDC控制恐怕難以滿足靈巧手的需求，專用控制芯片預計將是更好的方案。在專用控制芯片里，設計人員可以根據應用，靈活集成PWM控制器、電流感應、位置傳感接口和保護電路等外圍器件。

因此，BLDC是否會成為靈巧手的新寵，還要看新一代Optimus人形機器人在靈巧手方面的表現。

結語

空心杯電機具有體積小、轉速高、響應快、精度高等優勢，因此在上一代人形機器人的靈巧手打造上，空心杯電機是主流方案，并得到了行業的一致好評。不過，現在特斯拉認為空心杯電機力量不足，因此想要將BLDC作為靈巧手的主要電機，成效如何，我們拭目以待。