電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道，人形機器人的核心執(zhí)行部件靈巧手的性能直接決定了機器人完成精細操作任務(wù)的能力。其中，驅(qū)動系統(tǒng)作為靈巧手的“肌肉”和動力源，其技術(shù)路線的選擇直接影響了整手的性能、成本及可靠性。

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)對于驅(qū)動方案的探索呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢，各種技術(shù)路線各有優(yōu)劣。本報告將深入分析靈巧手的結(jié)構(gòu)分類、主流驅(qū)動技術(shù)方案及其對比，并結(jié)合典型產(chǎn)品案例與企業(yè)最新動態(tài)，探討靈巧手驅(qū)動技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

靈巧手結(jié)構(gòu)分類與驅(qū)動方式
靈巧手是一個集成多模態(tài)傳感器、具備多自由度的機器人末端執(zhí)行器，可完成抓取、捏取、旋轉(zhuǎn)、裝持配、操作工具等復(fù)雜動作，主要由驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和感知系統(tǒng)三大部分組成。

驅(qū)動系統(tǒng)負責(zé)提供動力。傳動系統(tǒng)負責(zé)將驅(qū)動單元產(chǎn)生的運動和力傳遞至手指關(guān)節(jié)，常見的有腱繩、連桿、齒輪等。感知系統(tǒng)包括位置、力矩、觸覺等傳感器，用于實現(xiàn)閉環(huán)控制和環(huán)境交互。

在成本構(gòu)成方面，驅(qū)動系統(tǒng)占據(jù)極高的比重。以特斯拉Optimus靈巧手為例，根據(jù)其成本模塊分析，驅(qū)動系統(tǒng)占比高達50%，是靈巧手中成本占比最大的一部分，傳感系統(tǒng)占比約30%，傳動系統(tǒng)及其他結(jié)構(gòu)件占比約20%。其驅(qū)動單元（如空心杯電機）的高單價以及多自由度設(shè)計帶來的數(shù)量需求（Optimus Gen3將具備22個自由度）。因此，驅(qū)動技術(shù)的選型與優(yōu)化也被認為是降低靈巧手成本、提升性能的關(guān)鍵。

目前，靈巧手根據(jù)驅(qū)動器類型主要分為四大類：電機驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動。不同驅(qū)動方式在原理、優(yōu)缺點及應(yīng)用場景上存在顯著差異。



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電機驅(qū)動利用電動機將電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能，通過減速器、腱繩或連桿機構(gòu)傳遞至手指關(guān)節(jié)，實現(xiàn)抓握和運動，是當(dāng)前最常見的方式，具備操作簡單、響應(yīng)快、控制精度高、易于實現(xiàn)復(fù)雜動作等優(yōu)勢。但是成本較高、易受外界電磁干擾、負載能力相對較弱。適用于高精度操作、通型人形機器人，例如特斯拉Optimus。

氣壓/液壓驅(qū)動方式利用氣體或液體的壓力變化來驅(qū)動手指關(guān)節(jié)。具備輸出功率密度大、傳動效率高、成本低等特點。氣壓驅(qū)動精度低、負載能力差；液壓驅(qū)動體積大、易受溫度影響、維護難度大、難以小型化。適合重載作業(yè)、特殊環(huán)境的機器人靈巧手。

形狀記憶合金驅(qū)動方式利用形狀記憶合金的形變來驅(qū)動手指關(guān)節(jié)。具備驅(qū)動速度快、負載能力強、結(jié)構(gòu)簡單、無噪音等優(yōu)勢。但是無法長時間工作、存在疲勞和壽命問題、控制精度低、難以實現(xiàn)復(fù)雜操作。

電機驅(qū)動是人形機器人靈巧手的主流選擇，根據(jù)電機類型及集成方式的不同，主要分為以下幾種技術(shù)路線：無刷有齒槽電機、無框力矩電機、空心杯電機等。

（1）無刷有齒槽電機

無刷有齒槽電機是無刷直流電機的主流技術(shù)形態(tài)之一，包括定子、轉(zhuǎn)子及控制器三大部分。
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圖：無刷有齒槽電機

無刷有齒槽直流電機憑借獨特的齒槽結(jié)構(gòu)有效集中磁場并減少漏磁，使其轉(zhuǎn)矩密度較無齒槽電機提升20%—30%，具備高功率密度與結(jié)構(gòu)緊湊的核心優(yōu)勢，極適空間受限的高負載場景；同時，還具備良好的散熱性；此外，該電機在中小功率段成本優(yōu)勢明顯，且因無電刷磨損機制，壽命可長達10,000小時以上。

但是無刷有齒槽直流電機受限于鐵芯結(jié)構(gòu)，存在顯著的齒槽效應(yīng)與體積噪音短板：低速運行時，齒槽轉(zhuǎn)矩會引發(fā)5%—8%的周期性轉(zhuǎn)矩波動，直接削弱運行的平順性與控制精度；同時，鐵芯的存在導(dǎo)致其體積與重量相對較大。

總體來看，無刷有齒槽直流電機可用于對成本敏感或?qū)O致響應(yīng)速度要求不高的應(yīng)用場景。

（2）空心杯電機
空心杯電機屬于直流永磁伺服電機的一種，可分為有刷空心杯電機、無刷空心杯電機，由定子、轉(zhuǎn)子、換向系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。



無刷空心杯電機憑借去鐵芯設(shè)計徹底消除渦流損耗，實現(xiàn)了極高的功率密度、效率及極速響應(yīng)，同時具備體積小、重量輕、運轉(zhuǎn)平滑且無齒槽效應(yīng)的顯著優(yōu)勢；這些特性精準(zhǔn)破解了靈巧手長期面臨的“微型化與高負載矛盾”及“動態(tài)響應(yīng)與控制精度平衡”兩大瓶頸，使其成為當(dāng)前靈巧手驅(qū)動系統(tǒng)的首選破局方案。

例如兆威機電ZWHand、特斯拉Optimus第一代靈巧手、因時機器人靈巧手、星動紀(jì)元XHAND1等產(chǎn)品都采用空心杯電機方案。

空心杯電機行業(yè)構(gòu)筑了極高的產(chǎn)品壁壘，其核心難點聚焦于繞線設(shè)計、繞線工藝與繞線設(shè)備三大維度，且即便突破技術(shù)瓶頸，受張力波動與導(dǎo)線貼合度等微觀因素影響，量產(chǎn)良率的穩(wěn)定性仍是規(guī)?；涞氐年P(guān)鍵挑戰(zhàn)。
首先，繞線設(shè)計是一個涉及電磁、熱、力學(xué)等多物理場交叉的深度優(yōu)化過程。設(shè)計師需在無鐵芯約束下，精準(zhǔn)匹配匝數(shù)與線徑以優(yōu)化磁場分布，針對異形結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定的繞組拓撲，并協(xié)同材料選型解決散熱難題，從而在功率密度、扭矩波動、體積與可靠性等相互沖突的目標(biāo)中尋求最佳平衡。

其次，繞線工藝直接決定線圈的機械強度與一致性，關(guān)鍵在于通過精密溫控使漆包線熱熔固化，以承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。主流工藝分為三類：直繞形工藝適配長繞組，扭矩穩(wěn)定但工序復(fù)雜；馬鞍形工藝能夠一次貼合弧形軌跡實現(xiàn)輕量化與高電磁利用率；斜繞形則通過螺旋排布實現(xiàn)最小轉(zhuǎn)動慣量與低噪，用于高端極速響應(yīng)場景。

根據(jù)成型路徑不同，繞線設(shè)備主要分為卷繞式（先平面繞制后卷圓，工序長、易損傷漆膜，適用短軸向線圈）與一次成型式（多軸聯(lián)動三維直繞，效率高、一致性好，為高端主流）。

卷繞式適合對成本、長度敏感或結(jié)構(gòu)特殊的小尺寸電機。一次型適合對功率密度、一致性、可靠性有要求的高端應(yīng)用。

直流無刷空心杯電機及驅(qū)動結(jié)構(gòu)件
圖源：深圳正元電機

目前，該領(lǐng)域由瑞士Meteor、日本田中精機等歐美日企業(yè)主導(dǎo)，其設(shè)備在超細線徑適應(yīng)性、張力控制精度及全流程自動化上優(yōu)勢顯著；國產(chǎn)設(shè)備雖在中小尺寸卷繞工藝上有所突破，但在大功率、超精細及異形線圈的一次成型精度與長期可靠性上，與國際頂尖水平仍存在差距。


電機驅(qū)動市場及其產(chǎn)業(yè)鏈
市場規(guī)模方面，全球空心杯電機市場正處于高速增長期。據(jù)頭豹研究院等機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2025年全球無刷空心杯電機收入規(guī)模約為59億元人民幣，預(yù)計到2027年將接近70億元，年復(fù)合增長率（CAGR）保持在8.9%。

然而，細分至人形機器人領(lǐng)域增速更為驚人，據(jù)了解，一般而言，單臺機器人需要10顆以上的空心杯電機特斯拉Optimus二代單機需配備20+顆空心杯電機。東莞證券研究所預(yù)測，當(dāng)全球人形機器人年產(chǎn)量從5萬臺攀升至500萬臺時，空心杯電機總需求從60萬個激增至6000萬個，雖然隨著大規(guī)模量產(chǎn)，單顆電機均價從1805元降至1629元，但由于基數(shù)巨大，全球市場規(guī)模將從10.83億元飆升至977.41億元，增長近90倍。

而當(dāng)中國人形機器人的產(chǎn)量達到500萬臺時，將展現(xiàn)出更具競爭力的價格：中國產(chǎn)空心杯電機均價顯著低于全球平均水平，5萬臺時僅為902.5元，約為全球均價的一半，中國的市場規(guī)模預(yù)計達到約500億元。

從前文介紹空心杯構(gòu)成可以看到，空心杯電機產(chǎn)業(yè)鏈大致情況，上游：主要涵蓋原材料與核心零部件，包括高性能釹鐵硼磁鋼、高強度漆包線、精密軸承、霍爾傳感器以及外殼等材料。
中游包括空心杯電機設(shè)計與制造環(huán)節(jié)。核心壁壘在于繞線設(shè)計、繞線工藝及專用設(shè)備。此環(huán)節(jié)技術(shù)集中度最高，決定了電機的性能上限。

下游應(yīng)用場景廣泛，主要包括人形機器人（靈巧手關(guān)節(jié)）、醫(yī)療設(shè)備（手術(shù)機器人、胰島素泵）、高端消費電子（無人機云臺、AR/VR觸覺反饋）、工業(yè)自動化（協(xié)作機器人末端執(zhí)行器）及航空航天等領(lǐng)域。

從全球市場格局來看，主要呈現(xiàn)“歐美日主導(dǎo)高端，中國企業(yè)快速追趕”的態(tài)勢。

瑞士Maxon、德國FAULHABER、美國Portescap等巨頭占據(jù)壟斷地位，合計市場份額超過50%。以鳴志電器、江蘇雷利、鼎智科技為代表的中國企業(yè)憑借成本優(yōu)勢與快速響應(yīng)能力，市場份額逐年提升，并在人形機器人供應(yīng)鏈中逐漸占據(jù)核心位置。
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空心杯電機代表企業(yè)

Maxon
瑞士Maxon 是全球微型驅(qū)動系統(tǒng)標(biāo)桿，擁有極高的功率密度與壽命控制技術(shù)，公司可以提供6mm 到 65mm不同直徑，0.3W 到 250W不同功率的空心杯電機。公司研發(fā)的機械手DEX-EE采用肌腱驅(qū)動系統(tǒng)，每個關(guān)節(jié)多電機配置。集成了15臺maxon DCX16直流電機。

Faulhabe
德國Faulhaber在斜繞形技術(shù)上具備一定的優(yōu)勢，其產(chǎn)品已實現(xiàn)直徑1.9mm的極致微型化，同時具備高達200N·m的連續(xù)輸出扭矩，可用于電動工具、醫(yī)療、機器人等領(lǐng)域。公司推出的福爾哈貝驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計出SXR 系列直流微電機，實現(xiàn)了微型化、高精度、高能效。憑借創(chuàng)新繞組、稀土磁鋼與高精度齒輪箱，以微型化設(shè)計實現(xiàn)強勁、靈敏且可靠的動作輸出。

Portescap
美國Portescap憑借專利盤式繞組技術(shù)，在仿生機器人領(lǐng)域構(gòu)建了獨特優(yōu)勢。其微型電機產(chǎn)品線精準(zhǔn)覆蓋靈巧手全場景：小型有刷直流空心杯電機憑借緊湊尺寸，完美適配手指、肘部等微型關(guān)節(jié)；而扁平化設(shè)計的Ultra ECTM無刷無槽電機，則為髖、膝、肩等大關(guān)節(jié)提供高扭矩密度驅(qū)動。

鳴志電器
作為國內(nèi)空心杯電機領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，鳴志電器通過收購瑞士T-Motion，成功掌握了核心控制驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)，奠定了其在全球市場的競爭力。目前，公司在人形機器人空心杯電機領(lǐng)域的市占率已突破50%，穩(wěn)居國內(nèi)核心供應(yīng)商地位。全球市場的市場份額約為8%。

其產(chǎn)品扭矩密度高達35 N·m/kg，響應(yīng)時間小于0.8毫秒，這兩項數(shù)據(jù)完美契合了人形機器人關(guān)節(jié)與靈巧手對高爆發(fā)力與快速響應(yīng)的嚴苛要求。在市場應(yīng)用層面，鳴志電器不僅為宇樹科技、松延動力提供關(guān)節(jié)與靈巧手電機，更成功切入Figure、智元、銀河通用等國際頂尖客戶的供應(yīng)鏈。

據(jù)了解，公司已建成227萬臺年產(chǎn)能，同時在越南推進二期項目建設(shè)，計劃新增200萬臺年產(chǎn)能，預(yù)計全部達產(chǎn)后總產(chǎn)能將達427萬臺。

江蘇雷利
江蘇雷利是國內(nèi)微電機模塊龍頭，自主研發(fā)了空心杯電機的全自動繞線設(shè)備，掌握了核心工藝，這使其能夠?qū)崿F(xiàn)空心杯電機的自動化批量生產(chǎn)，不僅縮短了產(chǎn)能建設(shè)周期，還能快速響應(yīng)和滿足大批量訂單需求。

憑借“零部件+模組+系統(tǒng)”的全鏈條布局，以及子公司鼎智科技、中科靈犀在精密傳動和智能控制上的技術(shù)協(xié)同，江蘇雷利全面布局人形機器人靈巧手、空心杯電機、無框電機等核心部件，已確立了其在國內(nèi)人形機器人核心零部件領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。已成為智元、蔚藍科技等頭部廠商的核心供應(yīng)商。

鼎智科技
鼎智科技掌握了“微線圈繞制+磁鋼梯度充磁”的核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)包括空心杯電機、行星滾柱絲桿、無框力矩電機等，自主研發(fā)的線性關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、靈巧手所需核心技術(shù)已成功應(yīng)用于人形機器人下游企業(yè)。公司推出的新一代6—14mm空心杯電機體積小巧，能夠滿足人形機器人手指關(guān)節(jié)等對空間要求極為嚴苛的應(yīng)用場景，重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，能實現(xiàn)更精準(zhǔn)控制與更靈活運動。

偉創(chuàng)電氣
偉創(chuàng)電氣具備“電機+驅(qū)動器+控制器+減速器”的一體化全鏈條布局能力，面向具身智能領(lǐng)域，為人形、協(xié)作及移動機器人提供一站式服務(wù)解決方案，推出伺服一體輪、低壓伺服系統(tǒng)、軸關(guān)節(jié)模組、特種無框力矩電機、多系列空心杯電機及靈巧手等核心產(chǎn)品。

在空心杯電機領(lǐng)域，公司還能提供包含編碼器、驅(qū)動器、齒輪箱在內(nèi)的完整模組解決方案。偉創(chuàng)電氣推出的6-16mm短款無刷空心杯電機，具備高動態(tài)響應(yīng)、超靜音運行與高集成度特性。提供外徑6mm至16mm的多種尺寸選擇，可適配不同空間限制的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，尤其適用于人形機器人手指、腕部等精細部位，加速時間小于5毫秒，運行噪音低于50dB。
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6-16mm短款無刷空心杯電機
圖源：偉創(chuàng)電氣

大族電機
大族電機是大族激光全資子公司，其空心杯電機具備高功率密度、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)用于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。

依托大族激光的工業(yè)底蘊，大族電機不僅提供核心電機，還布局了無框力矩電機、關(guān)節(jié)模組等產(chǎn)品。這種從核心零部件到系統(tǒng)級模組的全鏈條布局，使其能夠提供高度定制化的一體化解決方案。


兆威機電
兆威機電在機器人空心杯電機及靈巧手領(lǐng)域具備顯著的“系統(tǒng)級集成”優(yōu)勢。公司突破了微型空心杯電機的技術(shù)壁壘，更實現(xiàn)了“電機+傳動+控制”的一體化閉環(huán)，是目前國內(nèi)少有的能提供靈巧手整體解決方案的龍頭企業(yè)。公司推出了高性能伺服電機系列、滾筒電機及靈巧手三大平臺化自主品牌產(chǎn)品。

兆威機電最大的優(yōu)勢在于其微型傳動系統(tǒng)的深厚積累。公司成功研發(fā)了MC系列4mm無刷空心杯電機，并打破了國外在超微型電機領(lǐng)域的長期壟斷，且具備量產(chǎn)能力。且公司還研發(fā)了國內(nèi)最小的3.4mm微型傳動系統(tǒng)、全球首家實現(xiàn)Φ6mm以下微型傳動系統(tǒng)高質(zhì)、高效批量化生產(chǎn)的企業(yè)。

雷賽智能
雷賽智能子公司上海雷賽機器人主要聚焦“超高密度”無框電機、驅(qū)動器和關(guān)節(jié)模組解決方案，2025年無框電機產(chǎn)品訂單突破12萬臺。另一家子公司深圳市靈巧驅(qū)控，專注于靈巧手解決方案，產(chǎn)品包括空心杯電機、減速機、微型編碼器等核心零部件，目前已經(jīng)推出DH116系列普及型靈巧手、DH2015系列高端型靈巧手產(chǎn)品，以及多規(guī)格空心杯電機模組。

雷賽智能的無刷空心杯電機在微型化、高功率密度、低慣量、高響應(yīng)速度等關(guān)鍵指標(biāo)上表現(xiàn)突出，尤其適用于人形機器人靈巧手的精細操作場景。公司推出的DH2016與DH116靈巧手，具備 “3高2強1輕” 的卓越特性，即高自由度、高速通訊、高可靠性、強負載與感知能力、輕量化，并配套完善的SDK與調(diào)試工具。

小結(jié)：
驅(qū)動系統(tǒng)作為靈巧手的“肌肉”與動力源，其技術(shù)選型對整手的性能、成本及可靠性起著決定性作用。當(dāng)前，電機驅(qū)動憑借其操作簡單、響應(yīng)快、控制精度高等優(yōu)勢，成為靈巧手的主流選擇，其中空心杯電機憑借高功率密度、極速響應(yīng)、無齒槽效應(yīng)及微型化特性，精準(zhǔn)破解了靈巧手“微型化與高負載矛盾”及“動態(tài)響應(yīng)與控制精度平衡”的瓶頸，成為人形機器人靈巧手驅(qū)動系統(tǒng)的首選破局方案之一。

預(yù)計隨著人形機器人年產(chǎn)量攀升，全球及中國空心杯電機市場規(guī)模將實現(xiàn)指數(shù)級擴張。中國市場中，以鳴志電器、江蘇雷利為代表的中國企業(yè)憑借成本優(yōu)勢與技術(shù)突破，在人形機器人供應(yīng)鏈中逐漸占據(jù)核心位置。未來，隨著繞線設(shè)備國產(chǎn)化與量產(chǎn)工藝優(yōu)化，空心杯電機成本有望進一步下探，推動人形機器人靈巧手性能升級與商業(yè)化落地。