機器人驅(qū)動方式可分為液壓驅(qū)動、氣體驅(qū)動和電機驅(qū)動三種，其中電機驅(qū)動是應(yīng)用最廣泛的方式，具有高精度、實時響應(yīng)等優(yōu)勢，更適合當(dāng)今人形機器人的發(fā)展趨勢。

圖1、機器人驅(qū)動方式比較（圖源：頭豹研究院）

人形機器人具備旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線性關(guān)節(jié)、感知系統(tǒng)（各類傳感器）、整體軀干（機械臂、動力源）、靈巧手等關(guān)鍵部件實現(xiàn)對環(huán)境的感知交互、運動控制、任務(wù)執(zhí)行。電機是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線性關(guān)節(jié)和靈巧手等關(guān)鍵部件的核心零部件，與關(guān)節(jié)運動和動力控制密切相關(guān)，其性能直接影響機器人的靈活性與動態(tài)響應(yīng)速度，讓機器人能夠靈活地行走、奔跑、抓取物品以及完成各種精細(xì)動作，可以說電機就是人形機器人的 “動力心臟”。

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和線性關(guān)節(jié)里最常用的是無框力矩電機。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的主要由無框力矩電機、諧波減速器、力矩傳感器、位置傳感器以及軸承等組成；線性關(guān)節(jié)則由無框力矩電機、行星滾柱絲杠、力矩傳感器、位置傳感器和軸承等組成。無框力矩電機是一種無框架式永磁電機（永磁電機屬于一種直流伺服電機），只有轉(zhuǎn)子、定子兩個部件（沒有軸、軸承、外殼或端蓋等）。轉(zhuǎn)子是內(nèi)部部件，由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成，直接安裝在機器軸上。定子是外部部件，齒輪外部環(huán)繞鋼片和銅繞組，以產(chǎn)生緊密攀附在機器殼體內(nèi)的電磁力。無框力矩電機讓機器結(jié)構(gòu)設(shè)計不再受制于電機殼體的束縛，利用機器的自身軸承支撐轉(zhuǎn)子，將電機無縫內(nèi)置于機器設(shè)計中。

圖2、無框力矩電機

哪些無框力矩電機品牌能用在人形機器人上呢？

1、科爾摩根

科爾摩根是全球最早研發(fā)出無框電機的企業(yè)。科爾摩根產(chǎn)品品類齊全，性能遠(yuǎn)超對手，其輕重量、高扭矩的特性更符合人形機器人的需求。例如TBM2G系列無框伺服電機，使用先進的繞組和材料消除了低速性能佳、高速性能受限的限制，可在整個速度范圍內(nèi)提供業(yè)界領(lǐng)先的功率、轉(zhuǎn)矩和效率。該系列電機的尺寸與常用的諧波減速機高度適配，無需進行大規(guī)模定制，可根據(jù)機器人的預(yù)期用途，為每個機器人的每個關(guān)節(jié)實現(xiàn)尺寸/重量和扭矩的理想平衡。

2、Aerotech

Aerotech是美國一家在精密運動控制和自動化領(lǐng)域具有領(lǐng)導(dǎo)地位的企業(yè)，專注于設(shè)計和制造高性能的運動控制產(chǎn)品。其S系列電機采用無槽定子設(shè)計和高極數(shù)轉(zhuǎn)子，提供零齒槽效應(yīng)，從而實現(xiàn)卓越的速度穩(wěn)定性。疊片不含槽，消除了產(chǎn)生速度擾動的扭矩波動和齒槽扭矩，非常適合直接驅(qū)動應(yīng)用。S系列無槽電機涵蓋廣泛的扭矩和封裝尺寸，連續(xù)扭矩范圍從0.20N·m到29.09N·m，峰值扭矩范圍從0.82N·m到116.37N·m。

3、TQ-RoboDrive

TQ-RoboDrive是德國TQ集團旗下部門，專注于定制化驅(qū)動系統(tǒng)，技術(shù)源自德國航空航天中心（DLR），服務(wù)于機器人、醫(yī)療、航空航天等高要求領(lǐng)域。TQ-RoboDrive 的無框空心軸伺服電機采用了德國航空航天中心專為國際空間站開發(fā)的原創(chuàng)定子轉(zhuǎn)子套件技術(shù)。由于其高銅填充系數(shù)和創(chuàng)新的定子轉(zhuǎn)子設(shè)計，這些無框電機具有出色的扭矩密度、極低的損耗和高動態(tài)性能，同時還具有出色的散熱性。它們可以用作降低電機速度的直接驅(qū)動器，并可以配備定制的空心軸安全制動器和絕對編碼器。TQ-RoboDrive 的無框伺服電機非常適合那些在機器人、醫(yī)療、航空航天、光學(xué)和其他技術(shù)挑戰(zhàn)性應(yīng)用中探索性能極限的設(shè)計人員。

4、Maxon Motor

瑞士Maxon Motor公司成立于1961年，總部位于瑞士波昂德茲（Bonaduz），是全球領(lǐng)先的精密電機和驅(qū)動系統(tǒng)制造商。Maxon Motor的無框力矩電機具有體積緊湊、易于集成到OEM機器中的特點。采用外部轉(zhuǎn)子設(shè)計，內(nèi)部有足夠空間用于導(dǎo)線布設(shè)，配備霍爾傳感器，便于控制。具有多極外部轉(zhuǎn)子，可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩，低齒槽轉(zhuǎn)矩，高過載能力。

5、Allied Motion

美國Allied Motion公司是一家專注于精密運動控制產(chǎn)品和解決方案的全球供應(yīng)商。公司成立于1962年，總部位于紐約州的阿默斯特（Amherst, NY）。Allied Motion的HT系列是高扭矩密度無框直驅(qū)無刷電機，提供九種框架直徑，失速扭矩范圍從0.008到9.2Nm（1.0到1277oz-in）。HT扭矩電機提供高達(dá)63.5mm（2.5in）的通光孔徑空心軸。所有無框HT型號均標(biāo)配霍爾換向開關(guān)組件。無框HT力矩電機設(shè)計用于機器應(yīng)用中的直接軸集成，其中組件轉(zhuǎn)子定子解決方案是比封裝電機更好的選擇。Allied Motion由多家電機公司合并而成，旗下包括Teknic、Allied Motion等品牌，還提供各種空心杯和直徑型電機。

6、Tecnotion

荷蘭Tecnotion公司是全球直驅(qū)電機技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威，其歷史可追溯至1998年，當(dāng)時從飛利浦集團獨立出來。公司專注于直線電機和力矩電機的獨立開發(fā)和生產(chǎn)，提供專業(yè)的電機技術(shù)，以應(yīng)用到各種運動解決方案中。QTL485是高扭矩Tecnotion電機系列中最大的一款。它有一個冷卻環(huán)，冷卻環(huán)應(yīng)與外殼一起封閉，形成冷卻通道。它具有相同的高效、節(jié)省空間的電磁設(shè)計，并可滿足更高的扭矩需求，內(nèi)徑較大，適合集成到旋轉(zhuǎn)分度臺和物料搬運等（現(xiàn)有）應(yīng)用中。根據(jù)電機高度，它將提供659-907Nm的連續(xù)扭矩和1651-2202Nm的極限扭矩。

7、派克漢尼汾（Parker Hannifin）

Parker Hannifin推出TK系列無框直驅(qū)力矩電機，套件能提供低轉(zhuǎn)速高扭矩，并且可以作為一個獨立的轉(zhuǎn)子和定子直接進行系統(tǒng)集成。在400VAC繞組下，扭矩可達(dá)21700Nm，額定功率為207kW，速度達(dá)2500min-1。

8、威騰斯坦（WITTENSTEIN）

威騰斯坦集團（WITTENSTEIN）是總部位于德國的高技術(shù)工業(yè)制造企業(yè)，1983年發(fā)明了世界上第一臺精密行星齒輪箱。威騰斯坦無外殼的Cyber Kit系列電機是為不能靠軸驅(qū)動的伺服技術(shù)應(yīng)用提供的一個解決方案，專用內(nèi)置式電機由高度專業(yè)化的小型制造廠生產(chǎn)。

9、納諾達(dá)克（Nanotec）

德國納諾達(dá)克公司自1991年以來一直致力于開發(fā)和銷售各種電機和控制器產(chǎn)品。納諾達(dá)克的DKA系列無框電機套件為緊湊型驅(qū)動單元提供了高效解決方案。無框電機的模塊化設(shè)計包含定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間需求并實現(xiàn)最大限度的系統(tǒng)集成。通過取消聯(lián)軸器及安裝部件，無框電機減少材料使用與成本。其豐富的尺寸規(guī)格和高功率密度特性，可靈活適配不同需求。無框電機專為小空間應(yīng)用設(shè)計，適用于機器人、醫(yī)療科技等領(lǐng)域，需高精度與高性能的場景。

10、步科股份

步科股份是國內(nèi)無框力矩電機龍頭廠商，公司的自動化設(shè)備控制核心部件主要包括工業(yè)人機界面、伺服系統(tǒng)、步進系統(tǒng)、可編程邏輯控制器、變頻器等。2022年新推出的第三代無框力矩電機首創(chuàng)無框灌封工藝，提供型號完備的低壓力矩電機解決方案，專為需求體積小、質(zhì)量輕、慣量低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率高的應(yīng)用場合而設(shè)計。2023年出貨量約1.4萬臺，第三代無框電機對標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品，在高端人形機器人領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

11、昊志機電

昊志機電自2006年成立以來，以主軸產(chǎn)品為基礎(chǔ)，逐步向轉(zhuǎn)臺、直線電機、機器人減速器等數(shù)控機床和工業(yè)機器人其他核心功能部件拓展。相關(guān)產(chǎn)品包括無框力矩電機、精密交流伺服電機、低壓無刷伺服電機、防爆直流伺服電機、空心軸伺服電機等。昊志機電的無框力矩電機轉(zhuǎn)矩波動?。ā?%），過載能力強（最高達(dá)6倍過載能力），能夠提供3.5倍過載能力。

12、雷賽智能

雷賽智能是運動控制領(lǐng)域國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)，公司空心杯電機、FM1高密度無框電機系列產(chǎn)品，可應(yīng)用于協(xié)作機器人、人形機器人領(lǐng)域。最新發(fā)布的FM1無框電機和微型驅(qū)動器主要針對人形機器人和協(xié)作機器人的關(guān)節(jié)部分，正在進入試產(chǎn)試銷階段。產(chǎn)品針對協(xié)作和人形機器人等行業(yè)的應(yīng)用場景和用戶痛點進行研發(fā)設(shè)計，提供25/38/50/60/70/85/115mm等七個標(biāo)準(zhǔn)的框架尺寸，還可以根據(jù)客戶需求進行電機尺寸和電氣參數(shù)的優(yōu)化定制。同時，轉(zhuǎn)矩密度比一般同行高出15%，功率密度比一般同行高出20%，最小電機重量為50g，25mm極小尺寸。雷賽智能空心杯電機采用馬鞍型全自動繞線技術(shù)、一次成型，對標(biāo)全球最優(yōu)空心杯電機技術(shù)水平，空心杯電機產(chǎn)品提供EC標(biāo)準(zhǔn)型、ECH高轉(zhuǎn)速、ECT大轉(zhuǎn)矩三大系列，已經(jīng)成功應(yīng)用于人形機器人靈巧手、協(xié)作機器人關(guān)節(jié)、AGV/AMR移動機器人等領(lǐng)域。

13、臥龍電驅(qū)

臥龍電驅(qū)作為工業(yè)電機領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，積極布局人形機器人核心零部件賽道，已成功開發(fā)高爆發(fā)關(guān)節(jié)模組、伺服驅(qū)動器、無框力矩電機等關(guān)鍵組部件。其中，無框力矩電機等核心產(chǎn)品深度依賴稀土永磁體材料，通過釹鐵硼磁體產(chǎn)生的強磁場驅(qū)動運行。公司依托深厚的技術(shù)積累，創(chuàng)新采用優(yōu)化磁路設(shè)計方案，并引入第三代釹鐵硼高性能永磁材料，成功實現(xiàn)關(guān)節(jié)模組扭矩密度突破102.85Nm/kg，顯著提升了產(chǎn)品性能與市場競爭力。

14、偉創(chuàng)電氣

偉創(chuàng)電氣自成立以來始終專注于電氣傳動和工業(yè)控制領(lǐng)域，是一家從事工業(yè)自動化產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高新技術(shù)企業(yè)。FT1系列無框電機采用先進的電磁方案，可以達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩密度，更小的電機體積尺寸，具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的無框直驅(qū)電機性能。同時，高質(zhì)量的電機繞組結(jié)構(gòu)，確保在高標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)中的連續(xù)安全操作。更有多種配置方案選擇，可滿足大部分應(yīng)用需求?？蓮V泛應(yīng)用于協(xié)作機器人、手術(shù)機器人、高精度轉(zhuǎn)臺、助力自行車、Delta機器人、機器人關(guān)節(jié)模組等場景。偉創(chuàng)電氣的機器人系列產(chǎn)品中的空心杯電機和無框電機，均已實現(xiàn)小批量交付。

15、禾川科技

禾川科技成立于2011年，2022年在科創(chuàng)板上市，是一家專注于工業(yè)自動化產(chǎn)品的研發(fā)、制造、銷售及應(yīng)用集成的企業(yè)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于光伏、3C、鋰電、機器人等領(lǐng)域。在無框力矩電機領(lǐng)域，禾川科技推出了第三代Hu-MDB系列無框力矩電機，覆蓋了從φ14mm到φ160mm的多種框架尺寸，可滿足人形機器人全身各處關(guān)節(jié)執(zhí)行器的需求。2024年，禾川科技在世界機器人大會上展出了與浙江工業(yè)大學(xué)合作研發(fā)的“游龍01”人形機器人，其中90%的部件為禾川科技自制，包括無框力矩電機等核心部件。此外，禾川科技還與華為在人形機器人領(lǐng)域展開合作，并與多家頭部機器人企業(yè)合作，其人形機器人整機產(chǎn)品已獲得小米、字節(jié)跳動等企業(yè)的批量采購。

16、鼎智科技/江蘇雷利

鼎智科技2024年7月隆重推出了高性能無框架力矩系列產(chǎn)品，通過優(yōu)化電磁設(shè)計，齒槽轉(zhuǎn)矩比同行業(yè)降低15%，力矩和輸出功率比同行業(yè)提升20%，銅損降低30%。適用于人形機器人關(guān)節(jié)等需要高精度、高轉(zhuǎn)矩密度的場景。空心杯電機已經(jīng)基本成熟，并處于中小批量供貨階段，自研的空心杯電機繞線設(shè)備實現(xiàn)了全自動批量生產(chǎn)，鼎智科技于2019年被江蘇雷利收購，成為其控股子公司。

17、大族電機

大族電機的力矩電機，是由驅(qū)動器直接驅(qū)動，屬于高定位精度、高轉(zhuǎn)矩的力矩電機，通常應(yīng)用于人型機器人和多種協(xié)作機器人關(guān)節(jié)直接驅(qū)動，定位精度高，響應(yīng)快?？招谋姍C高功率密度、高響應(yīng)速度以及高自由度和高精度控制能力使得其廣泛應(yīng)用與人形機器各個運動關(guān)節(jié)。例如作為末端執(zhí)行器以及多指關(guān)節(jié)驅(qū)動等。

18、微精電機

成都微精電機公司持續(xù)專注機器人電機、微特電機、驅(qū)動及一體化等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。微精電機目前主要為航空、航天、船舶、核工業(yè)、工業(yè)機器人、無人機、環(huán)保設(shè)備等提供配套微特電機和驅(qū)動器。

19、林泉電機

貴州林泉電機主要從事精密微特電機的研發(fā)和生產(chǎn)，在“神舟”“天宮”“天舟”“嫦娥”等任務(wù)中，都有該企業(yè)助力航天強國建設(shè)的身影。林泉電機參與了GB/T 43726-2024《無刷直流力矩電動機通用技術(shù)條件》國家標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

20、匯川技術(shù)

匯川技術(shù)基于對人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈的深入分析，并依托公司在運動控制、伺服驅(qū)動、直線導(dǎo)軌和絲杠等關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)積累，在2024年正式切入人形機器人賽道，啟動了部分核心零部件的研發(fā)工作，研發(fā)人形機器人所需要的高性能關(guān)節(jié)部件樣機，包括低壓高功率驅(qū)動器、無框力矩電機及模組、行星滾柱絲杠等。在內(nèi)部測試中，低壓高功率驅(qū)動器和無框力矩電機等樣機產(chǎn)品展現(xiàn)出了卓越的性能，超出了預(yù)期目標(biāo)。同時，匯川技術(shù)還初步構(gòu)建了人形機器人業(yè)務(wù)的生態(tài)鏈，圍繞人形機器人零部件產(chǎn)品的性能和競爭力，與部分通用人形機器人整機制造商以及工業(yè)客戶建立了聯(lián)系。

靈巧手里最常用的是空心杯電機。靈巧手主要由空心杯電機、微型絲杠、觸覺傳感器和腱繩等組成?？招谋姍C是采用了空心杯繞線技術(shù)的直流有刷或者直流無刷電機，屬于伺服電機的一種，適用于需要快速動作、功率較大的隨動系統(tǒng)中，比較契合靈巧手。與傳統(tǒng)電機的不同之處在于，空心杯電機結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子無鐵芯，表現(xiàn)為無鐵心損耗、低摩擦和良好的散熱性等特性，實現(xiàn)了電機的高效率，是電池供電型設(shè)備的理想選擇。哪些空心杯電機品牌能用在人形機器人上呢？

21、福爾哈貝（Faulhaber）

德國Faulhaber公司以無刷直流和步進電機著稱，產(chǎn)品包括多種系列空心杯微型電機（如系列0603、1028等）。其技術(shù)特點為高精度自動繞線、微米級注塑轉(zhuǎn)子，以及帶或不帶諧波減速器的整體解決方案。Faulhaber的研發(fā)方向聚焦于更高扭矩密度和集成化（集成傳感器、驅(qū)動模塊等）。

22、Portescap

瑞士Portescap公司專注于高性能無鐵心電機，產(chǎn)品如Ultra EC、Athlonix系列。特點是高轉(zhuǎn)速（可達(dá)10萬RPM以上）和細(xì)絲繞組技術(shù)。Portescap產(chǎn)品常用于手持工具、醫(yī)療器械和航空航天。其研發(fā)方向包括增加扭矩、改善散熱（如鼓風(fēng)式散熱結(jié)構(gòu)），以及更高耐久性。

23、尼得科（NIDEC）

日本尼得科（Nidec）公司成立于1973年，最初以生產(chǎn)硬盤驅(qū)動電機起家，如今已成為全球綜合電機制造領(lǐng)域的絕對領(lǐng)導(dǎo)者。尼得科供應(yīng)各種類型的電動機，包括空心杯電機，已廣泛應(yīng)用于家電和汽車行業(yè)。

24、鳴志電器

鳴志電器成立于1994年，是運動控制領(lǐng)域的綜合制造商，深耕電機領(lǐng)域多年，掌握了核心研發(fā)、驅(qū)動和制造技術(shù)，鳴志電器的空心杯電機采用了其具有自主專利技術(shù)的空心杯繞組，技術(shù)在全球居于前列水平，這種特殊設(shè)計能夠為電機帶來高轉(zhuǎn)矩、高扭矩、低噪音的優(yōu)勢，得以實現(xiàn)更平穩(wěn)的高低速運行、更精準(zhǔn)的控制以及更高的效率與功率密度。其最新年報顯示空心杯電機業(yè)務(wù)在機器人應(yīng)用領(lǐng)域的增長接近200%。

25、兆威機電

兆威機電一直深耕于微型驅(qū)動系統(tǒng)方案，其微小傳動系統(tǒng)獲評國家制造業(yè)單項冠軍產(chǎn)品。公司應(yīng)用空心杯電機的產(chǎn)品推出已久較為成熟，量產(chǎn)能力得到驗證，而且對于空心杯電機所需搭配的精密減速齒輪箱，公司在微型傳動齒輪箱方面具備優(yōu)勢，已成功研發(fā)并量產(chǎn)3.4mm齒輪箱。

26、拓邦

拓邦股份是國內(nèi)最早從事伺服研發(fā)的企業(yè)之一，目前在工業(yè)機器人領(lǐng)域已實現(xiàn)伺服驅(qū)動及空心杯電機的產(chǎn)品應(yīng)用，其中空心杯無刷電機CB2060無負(fù)載轉(zhuǎn)速為12000-70000r/min，額定負(fù)載轉(zhuǎn)速達(dá)到9000-58000r/min，扭矩15-80mN.m。

在無框力矩電機和空心杯電機領(lǐng)域，我國長期以來一直依賴國外廠商。它們憑借先進的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗，占據(jù)了較高的市場份額。近年來，國內(nèi)電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，取得了一定的成績，但在性能方面與國外產(chǎn)品相比仍存在差距。不過，隨著國內(nèi)企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，提升技術(shù)水平，相信未來在人形機器人應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)電機企業(yè)將逐漸縮小與國外廠商的差距，實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，在市場中占據(jù)更重要的地位。

審核編輯 黃宇