一、靈巧手的核心組件

在具身智能的愿景中，人形機器人需要通過與環境的物理交互來學習和執行任務。而靈巧手，作為與外界進行精細交互的“最后一厘米”，其性能直接決定了機器人的智能水平與操作能力。它不僅是感知環境的“神經末梢”，能通過觸覺、力覺等傳感器解析物體屬性；更是執行決策的“終極執行器”，能完成從精準擰螺絲到輕柔疊衣物等擬人化操作。

因此，人形機器人要實現高精度、高適應性的交互操作，離不開靈巧手四大核心系統的協同支撐：驅動系統提供動力，傳動系統傳遞運動，感知系統收集信息，控制系統作為大腦進行統一指揮。

驅動系統: 相當于人手的肌肉系統，為靈巧手的精細操作提供動力支持；

傳動系統: 類似人手的筋腱，通過齒輪、連桿以及腱繩等傳動方式將驅動系統提供的動力精準傳遞至手指關節。

感知系統: 相當于人手的皮膚與神經末梢，包括觸覺、力覺以及位置傳感器等，用于感知手部與外界物體的接觸狀態和力度，以及手部自身的位置和運動狀態。

控制系統: 當前靈巧手的控制系統通常采用分布式架構，即一個總的控制系統模塊配合每個驅動電機內部的獨立控制器。總的控制系統模塊一般位于手掌或手腕中，負責整體的任務規劃、運動協調和傳感器數據融合等功能；手指關節驅動電機內部的獨立控制器則負責電機的具體控制，如速度控制、位置控制和電流控制等。

二、驅動系統——靈巧手的動力引擎

1. 驅動類型劃分

從驅動原理維度劃分，靈巧手的驅動方式主要包括液壓驅動、電機驅動、氣壓驅動及形狀記憶合金驅動等類型。

但在當前產業應用中，電機驅動已成為多數企業采用的主流驅動方式，而支撐該驅動方式的模組通常由電機、減速器以及驅動控制器三大部分組成。

電機：靈巧手常用的電機類型包括無刷空心杯電機、無刷有齒槽電機等，核心作用是輸出旋轉運動，為靈巧手提供基礎動力來源。

減速器：典型類型有行星減速器、諧波減速器等，主要功能是將電機輸出的“高轉速低扭矩”，轉換為靈巧手執行動作所需的 “低轉速高扭矩”，匹配實際作業動力需求。

驅動控制器：用于精準控制電機的關鍵運行參數，如轉速、扭矩等，保障靈巧手動作的穩定性與可控性。

此外，若參考驅動器數量與靈巧手自由度（DOF）數量的匹配關系，靈巧手的驅動方式可以劃分為全驅動和欠驅動。

全驅動：靈巧手的每個自由度（DOF）都配備獨立的驅動器（如電機、液壓泵），即 “驅動器數量 = 自由度數量”。技術本質在于通過 “動力單元與關節的一一對應”，實現每個關節的完全解耦控制—— 即每個關節的運動（如彎曲角度、速度）可獨立調節，不受其他關節影響。

欠驅動：靈巧手的驅動器數量少于自由度數量（即“驅動器數量 < 自由度數量”），未配備獨立驅動器的自由度，需通過「機械結構耦合」（如連桿、腱繩傳動）或「運動自適應」實現活動。技術本質在于放棄部分關節的獨立動力，通過 “機械結構的被動適應性” 簡化設計 —— 例如用 1個電機驅動2個指節，例如通過連桿聯動，當手指接觸物體時，指節會根據物體形狀自動調整彎曲角度。

2. 靈巧手常用電機類型

2.1 空心杯電機

空心杯電機是一種采用無鐵芯繞組設計的永磁直流電機，其核心優勢在于徹底消除了鐵芯帶來的渦流與磁滯損耗，從而實現了高效率、低慣性和快速動態響應的電機性能。根據換向系統的不同，空心杯電機可進一步劃分為兩大類：有刷空心杯電機（其轉子為無鐵芯的杯形繞組）和無刷空心杯電機（其定子為無鐵芯的杯形繞組）。

“有刷”和“無刷”空心杯電機結構示意圖

備注：“空心杯”的本質是指電機中起到關鍵作用的無鐵芯繞組部件。

1）空心杯電機的構成

空心杯電機在結構上主要由定子、轉子、換向系統、支撐結構以及相關輔助部件構成。

備注：無刷電機中也存在特殊設計（如“外定子永磁體 + 內轉子空心杯”），但主流形式為 “定子繞組 + 轉子永磁體” 結構，與有刷電機的 “定子永磁體” 形成互補。

A.定子：電機中的靜止部分，它建立或產生主磁場。對于有刷空心杯電機而言，它的定子的是永磁體，固定在電機外殼內壁，提供一個恒定、強大的靜態磁場。然而，對于無刷空心杯電機而言，它的定子卻是線圈繞組，固定在電機內部中心位置，通過外部驅動電路通電，產生一個旋轉的磁場。

B.轉子：電機中的旋轉部分，它在定子產生的磁場作用下受力并產生轉矩，實現機械轉動。對于有刷空心杯電機而言，它的轉子是線圈繞組，電流通過電刷和換向器直接流入這個空心杯線圈繞組，產生磁場。對于無刷空心杯電機而言，它的轉子是永磁體，被定子產生的旋轉磁場吸引，跟著一起轉動。

C.換向系統：保證電機產生連續、定向轉矩的關鍵部件。其核心作用是通過周期性地改變繞組電流方向（或通電順序），使轉子能持續旋轉而非擺動卡頓。有刷與無刷空心杯電機在實現方式上存在根本區別：有刷電機采用機械換向（電刷與換向器），而無刷電機采用電子換向（電子控制器與位置傳感器）。

D.支撐結構：保證轉子系統穩定旋轉的關鍵。空心杯電機追求高轉速、低振動和高效率，必須采用高精度的支撐結構來避免轉子的偏心振動。其核心支撐部件為軸承。典型結構采用兩個軸承（前端與后端），分別壓配在前、后端蓋的軸承室內。轉子軸支承于軸承的內圈，從而實現精確的徑向定位與軸向約束。

E.輔助部件：主要包括外殼和引線，為電機提供結構完整性、防護和電氣連接。

外殼：通常采用金屬（如鋁合金、不銹鋼）或高性能工程塑料（如PPS）。用于固定電機的靜態部件，護內部精密部件（如軸承、繞組）免受灰塵、濕氣等外部環境影響。

引線：作為電機與外部驅動電源之間的電氣連接橋梁。通常采用多股細銅絲絞合而成的軟導線，具備優良的柔韌性和耐彎曲性能，以適應電機安裝或運行中的振動，防止斷線。部分電機采用標準化端子接口，便于快速插拔和系統集成。

在技術突破與產業化進程中，靈巧手的發展長期面臨兩大瓶頸：微型化與高負載的矛盾、動態響應與控制精度的平衡。無刷空心杯電機以其高功率密度、快速動態響應、高效率及精準控制等優勢，成為破解上述難題的破局關鍵，因而成為當前靈巧手驅動系統的首選方案。

2）空心杯電機產品壁壘

當前空心杯電機行業存在較高產品壁壘，行業進入門檻高。其核心難點聚焦于繞線技術，具體涵蓋繞線設計、繞線工藝與繞線設備三大維度；同時，即便突破技術瓶頸實現批量生產，受繞線過程中張力波動、導線貼合度等細節影響，產品良率仍難以長期穩定在較高水平，進一步抬高了行業的規模化落地門檻。

A.繞線設計

繞線設計是空心杯電機技術壁壘的核心環節，它是一個典型的多物理場（電磁、熱、力學）與多學科（電磁學、材料學、機械工程）交叉的深度綜合優化過程。該過程具體涵蓋三大核心任務：

電磁與結構參數優化： 需精準匹配匝數、線徑等參數，在無鐵芯約束下實現最佳的磁場分布與磁動勢，這直接決定了電機的功率密度、效率及輸出扭矩。

繞組拓撲結構設計： 針對異形杯狀結構（如圓柱、碟形），必須精確設計導線的空間排布路徑、端部轉向與固定方式，以確保繞組的機械穩定性，避免因電磁力或離心力引發形變或振動。

材料選型與熱管理協同設計： 導線需兼具高導電率與高強度；同時，因無鐵芯導致散熱路徑變化，必須通過繞組間隙優化與絕緣材料的導熱性匹配，構建高效散熱通路，控制運行溫升。

設計師的核心挑戰在于平衡高功率密度、低扭矩波動、小體積、高可靠性等相互沖突的目標。一個卓越的繞線設計方案，不僅定義了電機的性能上限，更奠定了工藝可行性與設備選型的基礎，是構成行業壁壘的首要且最關鍵的環節。

B.繞線工藝

繞線工藝是構筑空心杯電機性能與量產可行性的核心壁壘。該工藝旨在將獨立的漆包線轉化為一個具備足夠機械強度的自支撐線圈體，其關鍵在于對溫度、壓力與時間的精密控制，使漆包線絕緣漆（如聚氨酯、聚酰胺酰亞胺）熱熔合并固化，在相鄰導線間形成牢固的絕緣粘結，以承受電機高速旋轉產生的巨大離心力。工藝水平直接決定了線圈的精度、一致性及最終結構強度，進而影響電機的扭矩輸出、效率、NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）及量產良率。按繞制方式劃分，主流工藝主要包括直繞形、馬鞍形與斜繞形三類，其技術特性與適用場景差異顯著：

直繞形：空心杯電機中一種適配長繞組結構的線圈繞制方式，其核心特征為：以電機定子或轉子的軸線方向（即電機長度方向）為基準，通過精確控制導線張力與排列軌跡，將導線沿該方向緊密繞制，形成柱狀或層疊狀規整繞組；因需滿足較長繞組的制作需求，通常需分多次繞制，工藝復雜度相對較高，最終成品繞組具備絕緣性能較好、輸出扭矩穩定的特點。

馬鞍形：空心杯電機領域主流的線圈繞制方案之一，也是國外先進空心杯技術中常用的繞制方式。根據電機定子槽的弧形輪廓，將導線一次性貼合槽內弧形軌跡繞制，使繞組整體輪廓呈現類似“馬鞍” 的對稱形態 —— 繞組主體與定子槽高度契合，兩端伸出部分弧度平緩且對稱；該繞法工藝簡單高效，無需多次疊繞，成品繞組具有重量輕、轉動慣量小、電磁利用率高、輸出力矩大及時間常數小的核心優勢。

斜繞形：空心杯電機高端應用場景中的關鍵線圈繞制方式，屬于國外先進技術方向。繞制時使導線與電機軸線保持5&deg;-15&deg; 的傾斜角度，通過繞線機精準控制導線的傾斜角度與螺旋間距，沿定子槽連續繞制形成螺旋狀繞組；該繞組磁場分布平滑均勻，工藝難度介于直繞形與馬鞍形之間，成品具備轉動慣量最小、電磁噪音低、時間常數小及輕量化程度高的顯著特性，適配對極速響應與低噪需求嚴苛的場景。

C.繞線設備

空心杯電機的繞線設備根據其成型路徑，主要分為卷繞式生產（Sheet Winding） 和一次成型生產（Direct Winding） 兩大類。

卷繞生產：該工藝路徑長且復雜。首先將銅線在平面模具上繞制成二維的菱形線圈或波浪形線圈，隨后通過精密模具將線圈壓制成型為扁平線排，最后再將此線排卷繞并固化形成最終的圓柱狀線圈。該成型方式的特點：工藝成熟，但工序繁多，對材料（漆膜延展性）和模具精度要求極高。在壓型和卷繞過程中極易引起漆膜損傷、線材變形或內部應力，導致一致性差、廢品率高。其主要優勢在于能生產出軸向長度很短的線圈，但在大直徑、高功率線圈生產上劣勢明顯。

一次成型生產：使用多軸聯動精密繞線機，將漆包線直接在圓柱狀模具（芯軸）上進行空間三維繞排，一次成型，無需后期的壓扁和卷圓工序。該成型方式的特點：其路徑短、自動化程度高、材料損傷風險小，因此效率高、一致性好。先進的直接繞線技術可以生產出尺寸更大、槽滿率更高、幾何形狀更優的高性能線圈。其技術壁壘主要體現在繞線機的復雜度和控制算法的精密程度上。是當前高端空心杯電機的主流工藝。

國外繞線機技術由歐美日頭部企業主導，其設備與技術已高度成熟。代表企業如瑞士Meteor、日本田中精機、日特機械等廠商，憑借長期技術積累，在全球市場占據重要份額（頭部企業市場份額集中）。

其高端設備普遍采用一次性成型工藝，集成繞制、在線檢測與固化環節，自動化與智能化程度高，可實現全流程無人化作業。這些設備在線徑適應性上覆蓋廣（例如，部分高端機型可支持0.02mm以上的線徑繞制），張力控制精度高（例如，部分廠商通過PID控制策略等技術可實現精密的張力控制），單位產能高，且設備可靠性與平均無故障運行時間（MTBF）表現出色。

與之相比，國內繞線機產業起步相對較晚，當前正處在快速追趕期，技術路徑呈現多元化。在面向大功率電機所需的粗線徑、高復雜度線圈制造時，國產設備在繞制精度、工藝穩定性及長期可靠性方面，與國際頂尖水平仍存在可見差距。

國內領先廠商正根據自身優勢尋求突破：例如，中特科技的全自動雙軸繞線機專注于卷繞工藝，已在中小尺寸線圈的量產上取得成功；而勤聯科技等企業雖已攻關一次成型技術，但現階段其工藝能力可能更多適用于尺寸相對較小、線徑范圍較窄（如0.08-0.2mm）的圓柱狀線圈，在應對大功率空心杯電機等特種需求的超精細或異形線圈繞制時，設備的適配性和工藝成熟度仍有提升空間。

2.2  無刷有齒槽直流電機

無刷有齒槽直流電機是永磁同步電機的典型代表，也是無刷直流電機的主流技術形態。其核心由定子、轉子及控制器三部分構成：

定子：由高導磁硅鋼片疊壓構成帶齒槽的鐵芯，漆包線繞組嵌入齒槽中。齒槽結構用于集中磁通、增強氣隙磁場，通電后的繞組產生旋轉磁場，是機電能量轉換的源頭。

轉子：通常采用高性能永磁體（如釹鐵硼），在定子磁場作用下受力旋轉，輸出機械能。

控制器：基于微處理器，配合位置傳感器（如霍爾傳感器）和功率電路，實現轉子位置檢測、電子換向及調速控制，取代機械電刷功能。

無刷有齒槽直流電機核心特點

優勢：

高功率/轉矩密度：齒槽結構有效集中磁場，減少漏磁，其轉矩密度較無齒槽電機可提升20%-30%，結構緊湊，適合空間受限的高負載場景

良好散熱性：定子鐵芯與齒槽結構提供了更大的散熱表面積，利于熱量導出，保障持續運行能力。

成本與壽命：中小功率型號成本優勢明顯，且無電刷磨損，壽命長達10,000小時以上，維護成本低。

劣勢：

齒槽效應：低速時因齒槽轉矩易引發周期性轉矩波動（典型值5%-8%），影響運行平順性與控制精度。

體積與噪音：鐵芯結構導致體積與重量相對較大，轉矩波動易轉化為40-60dB的低頻噪音。

采用無刷有齒槽電機是靈巧手實現成本控制的一種可行路徑，但需針對其精度、體積與響應速度的固有局限進行專項優化：

精度提升：采用定子斜槽或斜極設計，并搭配高精度FOC控制算法，可將轉矩波動抑制至2%以內，提升動作平穩性。

體積縮減：通過定子模塊化集成設計與輕量化復合材料機殼，可實現體積縮減15%-20%。

響應加速：升級控制器電流環帶寬至1kHz以上，并選用低損耗繞組，可有效縮短動力延遲。

2.3 無刷空心杯電機 VS 無刷有齒槽電機

無刷空心杯電機憑借其高能效和快速響應，是高端靈巧手驅動系統的核心；而具備高扭矩密度和顯著成本優勢的無刷有齒槽電機，則為靈巧手的產業化落地與成本控制提供了關鍵支撐。

從產品單價來看，以Maxon為代表的外資高端無刷空心杯電機價格通常在每個4000元左右，而國內企業同等類型產品的價格約為1000元~2000元/個。無刷有齒槽電機更具成本優勢，單價僅約200元~500元/個。

出于經濟性考量，無刷有齒槽電機有望在部分場景替代無刷空心杯電機。據相關信息透露，特斯拉的第3代靈巧手使用部分無刷有齒槽電機替代無刷空心杯電機。因為該靈巧手在設計上，將電機從手掌內整體遷移至前臂。這大大解放了手部空間，允許使用一些尺寸稍大但扭矩密度高、成本更低的電機，為使用無刷有齒槽電機創造了條件。

三、國內外空心杯電機企業

1.  國外企業

1）Maxon（瑞士）

Maxon 成立于1961年，總部坐落于瑞士薩克瑟恩，最初作為德國法蘭克福 BRAUN 電氣集團在瑞士的生產基地，名為 Interelectric AG 公司。發展至今，Maxon 集團已在全球設有九個生產基地，約有 3300 名員工，業務覆蓋 40 多個國家。

Maxon 定位為全球頂尖的精密驅動技術解決方案提供商，專注于為對驅動系統精度、可靠性、穩定性要求極高的行業服務。其主營產品豐富多樣，涵蓋有刷 / 無刷直流電機、精密齒輪箱、運動控制器以及傳感器與編碼器等，可提供從單一組件到完整機電一體化驅動系統的產品與服務。

針對靈巧手的驅動需求，Maxon ECX 系列無刷空心杯電機因性能匹配度高、可靠性強，已成為當前主流的應用類型之一。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

2）Faulhaber（德國）

Faulhaber 成立于1947年，總部位于德國。它是一家獨立的家族集團企業，在高端小型和微型驅動技術領域占據重要地位，是該領域產品門類最為齊全的企業之一，產品暢銷全球各地。目前，集團在德國、瑞士、美國、羅馬尼亞和匈牙利建有研發和生產中心，公司網絡遍布全球30多個國家與地區，擁有超過2300名專業員工。

Faulhaber 的產品定位為提供高性能、高精度且適用于極小空間的驅動解決方案，服務于對驅動技術要求極為嚴苛的行業。其主營產品豐富多樣，涵蓋電機、減速箱、線性致動器、編碼器、電子控制器等，可滿足從單一部件到系統適配的多元需求。

在機器人靈巧手應用領域，Faulhaber BX系列應用較為廣泛。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

2.  國內企業

1）鳴志電器

上海鳴志電器股份有限公司（簡稱“鳴志電器”）成立于1994 年，總部位于上海，專注于控制電機及驅動系統的研發與生產，是全球領先的運動控制解決方案提供商。其中，控制電機涵蓋步進電機、伺服電機、直流無刷電機以及空心杯電機等多種類型，產品廣泛應用于工業自動化、機器人、醫療器械等領域。

自 2023 年起，鳴志電器便持續向特斯拉供應空心杯電機樣品，其核心產品 ——10mm 無刷空心杯電機，已順利通過特斯拉 Optimus 靈巧手的多輪測試驗證。2024 年，該電機進一步完成 B 輪測試，通過了嚴苛的 3000 小時可靠性考核；截至目前，鳴志電器已成功通過特斯拉 C 輪認證，成為其空心杯電機的準供應商，不過雙方尚未正式官宣合作身份。

針對靈巧手應用場景，鳴志電器提供的ECH 系列無刷空心杯電機，可精準適配靈巧手對微型化、高動態響應的需求。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

2）鼎智科技

江蘇鼎智智能控制科技股份有限公司（簡稱“鼎智科技”）成立于2008年，總部位于江蘇常州，是江蘇雷利的控股子公司。公司專注于提供定制化的精密運動控制解決方案，核心產品線涵蓋線性執行器、空心杯電機、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠、諧波減速器等關鍵部件，廣泛應用于醫療診斷設備、半導體制造、實驗室自動化以及人形機器人等高端工業領域。

據悉，鼎智科技已將其8mm有刷空心杯電機及10mm無刷空心杯電機送樣至特斯拉Optimus人形機器人項目，目前正處于測試驗證階段。

針對靈巧手應用場景，鼎智科技可提供電機直徑覆蓋6mm~22mm多個尺寸規格系列的無刷空心杯電機產品。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

3）兆威機電

深圳市兆威機電股份有限公司（簡稱“兆威機電”）成立于2001年，總部位于深圳，是一家集設計、研發、制造于一體的微型傳動和微型驅動系統解決方案提供商，產品主要應用于汽車、智能機器人、工業裝備、智能家居、3C電子等諸多領域。其在機器人領域的產品主要包括靈巧手零部件和電機驅動模組。

據悉，2025年5月底，兆威機電完成第三代技術方案（無刷有齒槽電機+微型絲杠）的開發并送樣。該方案通過定子拼塊工藝實現齒槽轉矩自鎖功能，模組體積較上一代優化，適配特斯拉Optimus Gen3手指關節的微型化需求。目前，該方案已進入特斯拉供應鏈審核階段。

在無刷空心杯電機領域深耕布局，兆威機電構建了覆蓋直徑4mm 至 22mm 的多元產品矩陣，憑借豐富的規格選擇，能適配機器人、智慧醫療、工業自動化及智能消費等多領域的動力需求，為不同場景下的設備提供精準驅動支持。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

4）禾川科技

浙江禾川科技股份有限公司（簡稱“禾川科技”）成立于2011 年 11 月，總部位于浙江衢州龍游縣工業園區，是國產工業自動化領域的核心企業，定位為智慧工廠的核心部件與系統集成解決方案提供商。

公司主營產品覆蓋工業自動化全鏈條，包括控制器、伺服系統、視覺系統、編碼器、變頻器、觸摸屏、電動滾筒、精密傳動部件等。

2024年8月，禾川科技成立浙江禾川人形機器人有限公司，該公司聚焦人形機器人新賽道，專注研發核心動力驅動產品，具體涵蓋電驅關節、靈巧手專用空心杯電機，以及微型力矩電機、中空型緊湊編碼器、力矩電機等關鍵部件。

在無刷空心杯電機領域，禾川科技推出Hu-ECU 系列產品，涵蓋 &phi;8mm-&phi;16mm 多個尺寸規格。該系列主要應用于人形機器人靈巧手手指關節，同時適配 SMT 設備、醫療設備等場景，能精準滿足極致空間下的驅動需求，為國產自動化及機器人產業提供關鍵部件支持。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

5）雷賽智能

深圳市雷賽智能控制股份有限公司（簡稱“雷賽智能”）成立于1997年，總部位于深圳。公司聚焦于伺服電機驅動系統、步進電機驅動系統、運動控制PLC、運動控制卡等核心產品的研發、生產、銷售和服務，為工業自動化、醫療設備以及人形機器人等領域提供高性能自動化解決方案。

針對靈巧手應用場景，公司構建了覆蓋全規格的無刷空心杯電機產品體系：直徑跨度從6mm 到 16mm，適配不同尺寸靈巧手的關節設計；功率區間從 2W 到 100W，可匹配輕、中不同負載的動作需求。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

6）拓邦股份

深圳拓邦股份有限公司（簡稱“拓邦股份”）成立于1996年，公司總部位于深圳。2007年，拓邦在深交所上市，開創了中國家電智能控制行業，是國內智能控制領域首家上市公司。歷經多年發展，拓邦已構建起 “四電一網”（電控、電機、電池、電源、物聯網平臺）的核心技術體系，以此為依托，深度服務工具和家電、數字能源和智能汽車、機器人三大領域，為全球客戶定制智能解決方案。

公司主營產品多元，涵蓋控制器、電機、電池、電源等關鍵部件及智能整機產品。在工具和家電領域，產品廣泛應用于各類家電及專業工具；數字能源業務圍繞儲充系統打造完整產品矩陣，智能汽車業務則以激光雷達電機和充電樁為核心；在機器人領域，提供智能控制、電機、驅動及 AI 整機產品。

在空心杯電機方面，拓邦電機作為旗下負責研發生產的主體，打造了直徑 7-40mm 的空心杯電機產品矩陣，能滿足不同功率和場景需求，包括人形機器人靈巧手、電動工具、新能源汽車激光雷達、醫療器械等多個領域。

無刷空心杯電機相關產品參數信息（信息來源：公司官網）

       原文標題 : 靈巧手系列之驅動系統：靈巧手實現精細操作的 “動力心臟”