一、灵巧手的核心组件
在具身智能的愿景中，人形机器人需要通过与环境的物理交互来学习和执行任务。而灵巧手，作为与外界进行精细交互的“最后一厘米”，其性能直接决定了机器人的智能水平与操作能力。它不仅是感知环境的“神经末梢”，能通过触觉、力觉等传感器解析物体属性；更是执行决策的“终极执行器”，能完成从精准拧螺丝到轻柔叠衣物等拟人化操作。
因此，人形机器人要实现高精度、高适应性的交互操作，离不开灵巧手四大核心系统的协同支撑：驱动系统提供动力，传动系统传递运动，感知系统收集信息，控制系统作为大脑进行统一指挥。
驱动系统: 相当于人手的肌肉系统，为灵巧手的精细操作提供动力支持；
传动系统: 类似人手的筋腱，通过齿轮、连杆以及腱绳等传动方式将驱动系统提供的动力精准传递至手指关节。
感知系统: 相当于人手的皮肤与神经末梢，包括触觉、力觉以及位置传感器等，用于感知手部与外界物体的接触状态和力度，以及手部自身的位置和运动状态。
控制系统: 当前灵巧手的控制系统通常采用分布式架构，即一个总的控制系统模块配合每个驱动电机内部的独立控制器。总的控制系统模块一般位于手掌或手腕中，负责整体的任务规划、运动协调和传感器数据融合等功能；手指关节驱动电机内部的独立控制器则负责电机的具体控制，如速度控制、位置控制和电流控制等。
二、驱动系统——灵巧手的动力引擎
1. 驱动类型划分
从驱动原理维度划分，灵巧手的驱动方式主要包括液压驱动、电机驱动、气压驱动及形状记忆合金驱动等类型。
但在当前产业应用中，电机驱动已成为多数企业采用的主流驱动方式，而支撑该驱动方式的模组通常由电机、减速器以及驱动控制器三大部分组成。
电机：灵巧手常用的电机类型包括无刷空心杯电机、无刷有齿槽电机等，核心作用是输出旋转运动，为灵巧手提供基础动力来源。
减速器：典型类型有行星减速器、谐波减速器等，主要功能是将电机输出的“高转速低扭矩”，转换为灵巧手执行动作所需的 “低转速高扭矩”，匹配实际作业动力需求。
驱动控制器：用于精准控制电机的关键运行参数，如转速、扭矩等，保障灵巧手动作的稳定性与可控性。
此外，若参考驱动器数量与灵巧手自由度（DOF）数量的匹配关系，灵巧手的驱动方式可以划分为全驱动和欠驱动。
全驱动：灵巧手的每个自由度（DOF）都配备独立的驱动器（如电机、液压泵），即 “驱动器数量 = 自由度数量”。技术本质在于通过 “动力单元与关节的一一对应”，实现每个关节的完全解耦控制—— 即每个关节的运动（如弯曲角度、速度）可独立调节，不受其他关节影响。
欠驱动：灵巧手的驱动器数量少于自由度数量（即“驱动器数量 < 自由度数量”），未配备独立驱动器的自由度，需通过「机械结构耦合」（如连杆、腱绳传动）或「运动自适应」实现活动。技术本质在于放弃部分关节的独立动力，通过 “机械结构的被动适应性” 简化设计 —— 例如用 1个电机驱动2个指节，例如通过连杆联动，当手指接触物体时，指节会根据物体形状自动调整弯曲角度。
2. 灵巧手常用电机类型
2.1 空心杯电机
空心杯电机是一种采用无铁芯绕组设计的永磁直流电机，其核心优势在于彻底消除了铁芯带来的涡流与磁滞损耗，从而实现了高效率、低惯性和快速动态响应的电机性能。根据换向系统的不同，空心杯电机可进一步划分为两大类：有刷空心杯电机（其转子为无铁芯的杯形绕组）和无刷空心杯电机（其定子为无铁芯的杯形绕组）。
“有刷”和“无刷”空心杯电机结构示意图
备注：“空心杯”的本质是指电机中起到关键作用的无铁芯绕组部件。
1）空心杯电机的构成
空心杯电机在结构上主要由定子、转子、换向系统、支撑结构以及相关辅助部件构成。
备注：无刷电机中也存在特殊设计（如“外定子永磁体 + 内转子空心杯”），但主流形式为 “定子绕组 + 转子永磁体” 结构，与有刷电机的 “定子永磁体” 形成互补。
A.定子：电机中的静止部分，它建立或产生主磁场。对于有刷空心杯电机而言，它的定子的是永磁体，固定在电机外壳内壁，提供一个恒定、强大的静态磁场。然而，对于无刷空心杯电机而言，它的定子却是线圈绕组，固定在电机内部中心位置，通过外部驱动电路通电，产生一个旋转的磁场。
B.转子：电机中的旋转部分，它在定子产生的磁场作用下受力并产生转矩，实现机械转动。对于有刷空心杯电机而言，它的转子是线圈绕组，电流通过电刷和换向器直接流入这个空心杯线圈绕组，产生磁场。对于无刷空心杯电机而言，它的转子是永磁体，被定子产生的旋转磁场吸引，跟着一起转动。
C.换向系统：保证电机产生连续、定向转矩的关键部件。其核心作用是通过周期性地改变绕组电流方向（或通电顺序），使转子能持续旋转而非摆动卡顿。有刷与无刷空心杯电机在实现方式上存在根本区别：有刷电机采用机械换向（电刷与换向器），而无刷电机采用电子换向（电子控制器与位置传感器）。
D.支撑结构：保证转子系统稳定旋转的关键。空心杯电机追求高转速、低振动和高效率，必须采用高精度的支撑结构来避免转子的偏心振动。其核心支撑部件为轴承。典型结构采用两个轴承（前端与后端），分别压配在前、后端盖的轴承室内。转子轴支承于轴承的内圈，从而实现精确的径向定位与轴向约束。
E.辅助部件：主要包括外壳和引线，为电机提供结构完整性、防护和电气连接。
外壳：通常采用金属（如铝合金、不锈钢）或高性能工程塑料（如PPS）。用于固定电机的静态部件，护内部精密部件（如轴承、绕组）免受灰尘、湿气等外部环境影响。
引线：作为电机与外部驱动电源之间的电气连接桥梁。通常采用多股细铜丝绞合而成的软导线，具备优良的柔韧性和耐弯曲性能，以适应电机安装或运行中的振动，防止断线。部分电机采用标准化端子接口，便于快速插拔和系统集成。
在技术突破与产业化进程中，灵巧手的发展长期面临两大瓶颈：微型化与高负载的矛盾、动态响应与控制精度的平衡。无刷空心杯电机以其高功率密度、快速动态响应、高效率及精准控制等优势，成为破解上述难题的破局关键，因而成为当前灵巧手驱动系统的首选方案。
2）空心杯电机产品壁垒
当前空心杯电机行业存在较高产品壁垒，行业进入门槛高。其核心难点聚焦于绕线技术，具体涵盖绕线设计、绕线工艺与绕线设备三大维度；同时，即便突破技术瓶颈实现批量生产，受绕线过程中张力波动、导线贴合度等细节影响，产品良率仍难以长期稳定在较高水平，进一步抬高了行业的规模化落地门槛。
A.绕线设计
绕线设计是空心杯电机技术壁垒的核心环节，它是一个典型的多物理场（电磁、热、力学）与多学科（电磁学、材料学、机械工程）交叉的深度综合优化过程。该过程具体涵盖三大核心任务：
电磁与结构参数优化： 需精准匹配匝数、线径等参数，在无铁芯约束下实现最佳的磁场分布与磁动势，这直接决定了电机的功率密度、效率及输出扭矩。
绕组拓扑结构设计： 针对异形杯状结构（如圆柱、碟形），必须精确设计导线的空间排布路径、端部转向与固定方式，以确保绕组的机械稳定性，避免因电磁力或离心力引发形变或振动。
材料选型与热管理协同设计： 导线需兼具高导电率与高强度；同时，因无铁芯导致散热路径变化，必须通过绕组间隙优化与绝缘材料的导热性匹配，构建高效散热通路，控制运行温升。
设计师的核心挑战在于平衡高功率密度、低扭矩波动、小体积、高可靠性等相互冲突的目标。一个卓越的绕线设计方案，不仅定义了电机的性能上限，更奠定了工艺可行性与设备选型的基础，是构成行业壁垒的首要且最关键的环节。
B.绕线工艺
绕线工艺是构筑空心杯电机性能与量产可行性的核心壁垒。该工艺旨在将独立的漆包线转化为一个具备足够机械强度的自支撑线圈体，其关键在于对温度、压力与时间的精密控制，使漆包线绝缘漆（如聚氨酯、聚酰胺酰亚胺）热熔合并固化，在相邻导线间形成牢固的绝缘粘结，以承受电机高速旋转产生的巨大离心力。工艺水平直接决定了线圈的精度、一致性及最终结构强度，进而影响电机的扭矩输出、效率、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）及量产良率。按绕制方式划分，主流工艺主要包括直绕形、马鞍形与斜绕形三类，其技术特性与适用场景差异显著：
直绕形：空心杯电机中一种适配长绕组结构的线圈绕制方式，其核心特征为：以电机定子或转子的轴线方向（即电机长度方向）为基准，通过精确控制导线张力与排列轨迹，将导线沿该方向紧密绕制，形成柱状或层叠状规整绕组；因需满足较长绕组的制作需求，通常需分多次绕制，工艺复杂度相对较高，最终成品绕组具备绝缘性能较好、输出扭矩稳定的特点。
马鞍形：空心杯电机领域主流的线圈绕制方案之一，也是国外先进空心杯技术中常用的绕制方式。根据电机定子槽的弧形轮廓，将导线一次性贴合槽内弧形轨迹绕制，使绕组整体轮廓呈现类似“马鞍” 的对称形态 —— 绕组主体与定子槽高度契合，两端伸出部分弧度平缓且对称；该绕法工艺简单高效，无需多次叠绕，成品绕组具有重量轻、转动惯量小、电磁利用率高、输出力矩大及时间常数小的核心优势。
斜绕形：空心杯电机高端应用场景中的关键线圈绕制方式，属于国外先进技术方向。绕制时使导线与电机轴线保持5deg;-15deg; 的倾斜角度，通过绕线机精准控制导线的倾斜角度与螺旋间距，沿定子槽连续绕制形成螺旋状绕组；该绕组磁场分布平滑均匀，工艺难度介于直绕形与马鞍形之间，成品具备转动惯量最小、电磁噪音低、时间常数小及轻量化程度高的显著特性，适配对极速响应与低噪需求严苛的场景。
C.绕线设备
空心杯电机的绕线设备根据其成型路径，主要分为卷绕式生产（Sheet Winding） 和一次成型生产（Direct Winding） 两大类。
卷绕生产：该工艺路径长且复杂。首先将铜线在平面模具上绕制成二维的菱形线圈或波浪形线圈，随后通过精密模具将线圈压制成型为扁平线排，最后再将此线排卷绕并固化形成最终的圆柱状线圈。该成型方式的特点：工艺成熟，但工序繁多，对材料（漆膜延展性）和模具精度要求极高。在压型和卷绕过程中极易引起漆膜损伤、线材变形或内部应力，导致一致性差、废品率高。其主要优势在于能生产出轴向长度很短的线圈，但在大直径、高功率线圈生产上劣势明显。
一次成型生产：使用多轴联动精密绕线机，将漆包线直接在圆柱状模具（芯轴）上进行空间三维绕排，一次成型，无需后期的压扁和卷圆工序。该成型方式的特点：其路径短、自动化程度高、材料损伤风险小，因此效率高、一致性好。先进的直接绕线技术可以生产出尺寸更大、槽满率更高、几何形状更优的高性能线圈。其技术壁垒主要体现在绕线机的复杂度和控制算法的精密程度上。是当前高端空心杯电机的主流工艺。
国外绕线机技术由欧美日头部企业主导，其设备与技术已高度成熟。代表企业如瑞士Meteor、日本田中精机、日特机械等厂商，凭借长期技术积累，在全球市场占据重要份额（头部企业市场份额集中）。
其高端设备普遍采用一次性成型工艺，集成绕制、在线检测与固化环节，自动化与智能化程度高，可实现全流程无人化作业。这些设备在线径适应性上覆盖广（例如，部分高端机型可支持0.02mm以上的线径绕制），张力控制精度高（例如，部分厂商通过PID控制策略等技术可实现精密的张力控制），单位产能高，且设备可靠性与平均无故障运行时间（MTBF）表现出色。
与之相比，国内绕线机产业起步相对较晚，当前正处在快速追赶期，技术路径呈现多元化。在面向大功率电机所需的粗线径、高复杂度线圈制造时，国产设备在绕制精度、工艺稳定性及长期可靠性方面，与国际顶尖水平仍存在可见差距。
国内领先厂商正根据自身优势寻求突破：例如，中特科技的全自动双轴绕线机专注于卷绕工艺，已在中小尺寸线圈的量产上取得成功；而勤联科技等企业虽已攻关一次成型技术，但现阶段其工艺能力可能更多适用于尺寸相对较小、线径范围较窄（如0.08-0.2mm）的圆柱状线圈，在应对大功率空心杯电机等特种需求的超精细或异形线圈绕制时，设备的适配性和工艺成熟度仍有提升空间。
2.2 无刷有齿槽直流电机
无刷有齿槽直流电机是永磁同步电机的典型代表，也是无刷直流电机的主流技术形态。其核心由定子、转子及控制器三部分构成：
定子：由高导磁硅钢片叠压构成带齿槽的铁芯，漆包线绕组嵌入齿槽中。齿槽结构用于集中磁通、增强气隙磁场，通电后的绕组产生旋转磁场，是机电能量转换的源头。
转子：通常采用高性能永磁体（如钕铁硼），在定子磁场作用下受力旋转，输出机械能。
控制器：基于微处理器，配合位置传感器（如霍尔传感器）和功率电路，实现转子位置检测、电子换向及调速控制，取代机械电刷功能。
无刷有齿槽直流电机核心特点
优势：
高功率/转矩密度：齿槽结构有效集中磁场，减少漏磁，其转矩密度较无齿槽电机可提升20%-30%，结构紧凑，适合空间受限的高负载场景
良好散热性：定子铁芯与齿槽结构提供了更大的散热表面积，利于热量导出，保障持续运行能力。
成本与寿命：中小功率型号成本优势明显，且无电刷磨损，寿命长达10,000小时以上，维护成本低。
劣势：
齿槽效应：低速时因齿槽转矩易引发周期性转矩波动（典型值5%-8%），影响运行平顺性与控制精度。
体积与噪音：铁芯结构导致体积与重量相对较大，转矩波动易转化为40-60dB的低频噪音。
采用无刷有齿槽电机是灵巧手实现成本控制的一种可行路径，但需针对其精度、体积与响应速度的固有局限进行专项优化：
精度提升：采用定子斜槽或斜极设计，并搭配高精度FOC控制算法，可将转矩波动抑制至2%以内，提升动作平稳性。
体积缩减：通过定子模块化集成设计与轻量化复合材料机壳，可实现体积缩减15%-20%。
响应加速：升级控制器电流环带宽至1kHz以上，并选用低损耗绕组，可有效缩短动力延迟。
2.3 无刷空心杯电机 VS 无刷有齿槽电机
无刷空心杯电机凭借其高能效和快速响应，是高端灵巧手驱动系统的核心；而具备高扭矩密度和显著成本优势的无刷有齿槽电机，则为灵巧手的产业化落地与成本控制提供了关键支撑。
从产品单价来看，以Maxon为代表的外资高端无刷空心杯电机价格通常在每个4000元左右，而国内企业同等类型产品的价格约为1000元~2000元/个。无刷有齿槽电机更具成本优势，单价仅约200元~500元/个。
出于经济性考量，无刷有齿槽电机有望在部分场景替代无刷空心杯电机。据相关信息透露，特斯拉的第3代灵巧手使用部分无刷有齿槽电机替代无刷空心杯电机。因为该灵巧手在设计上，将电机从手掌内整体迁移至前臂。这大大解放了手部空间，允许使用一些尺寸稍大但扭矩密度高、成本更低的电机，为使用无刷有齿槽电机创造了条件。
三、国内外空心杯电机企业
1. 国外企业
1）Maxon（瑞士）
Maxon 成立于1961年，总部坐落于瑞士萨克瑟恩，最初作为德国法兰克福 BRAUN 电气集团在瑞士的生产基地，名为 Interelectric AG 公司。发展至今，Maxon 集团已在全球设有九个生产基地，约有 3300 名员工，业务覆盖 40 多个国家。
Maxon 定位为全球顶尖的精密驱动技术解决方案提供商，专注于为对驱动系统精度、可靠性、稳定性要求极高的行业服务。其主营产品丰富多样，涵盖有刷 / 无刷直流电机、精密齿轮箱、运动控制器以及传感器与编码器等，可提供从单一组件到完整机电一体化驱动系统的产品与服务。
针对灵巧手的驱动需求，Maxon ECX 系列无刷空心杯电机因性能匹配度高、可靠性强，已成为当前主流的应用类型之一。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
2）Faulhaber（德国）
Faulhaber 成立于1947年，总部位于德国。它是一家独立的家族集团企业，在高端小型和微型驱动技术领域占据重要地位，是该领域产品门类最为齐全的企业之一，产品畅销全球各地。目前，集团在德国、瑞士、美国、罗马尼亚和匈牙利建有研发和生产中心，公司网络遍布全球30多个国家与地区，拥有超过2300名专业员工。
Faulhaber 的产品定位为提供高性能、高精度且适用于极小空间的驱动解决方案，服务于对驱动技术要求极为严苛的行业。其主营产品丰富多样，涵盖电机、减速箱、线性致动器、编码器、电子控制器等，可满足从单一部件到系统适配的多元需求。
在机器人灵巧手应用领域，Faulhaber BX系列应用较为广泛。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
2. 国内企业
1）鸣志电器
上海鸣志电器股份有限公司（简称“鸣志电器”）成立于1994 年，总部位于上海，专注于控制电机及驱动系统的研发与生产，是全球领先的运动控制解决方案提供商。其中，控制电机涵盖步进电机、伺服电机、直流无刷电机以及空心杯电机等多种类型，产品广泛应用于工业自动化、机器人、医疗器械等领域。
自 2023 年起，鸣志电器便持续向特斯拉供应空心杯电机样品，其核心产品 ——10mm 无刷空心杯电机，已顺利通过特斯拉 Optimus 灵巧手的多轮测试验证。2024 年，该电机进一步完成 B 轮测试，通过了严苛的 3000 小时可靠性考核；截至目前，鸣志电器已成功通过特斯拉 C 轮认证，成为其空心杯电机的准供应商，不过双方尚未正式官宣合作身份。
针对灵巧手应用场景，鸣志电器提供的ECH 系列无刷空心杯电机，可精准适配灵巧手对微型化、高动态响应的需求。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
2）鼎智科技
江苏鼎智智能控制科技股份有限公司（简称“鼎智科技”）成立于2008年，总部位于江苏常州，是江苏雷利的控股子公司。公司专注于提供定制化的精密运动控制解决方案，核心产品线涵盖线性执行器、空心杯电机、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、谐波减速器等关键部件，广泛应用于医疗诊断设备、半导体制造、实验室自动化以及人形机器人等高端工业领域。
据悉，鼎智科技已将其8mm有刷空心杯电机及10mm无刷空心杯电机送样至特斯拉Optimus人形机器人项目，目前正处于测试验证阶段。
针对灵巧手应用场景，鼎智科技可提供电机直径覆盖6mm~22mm多个尺寸规格系列的无刷空心杯电机产品。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
3）兆威机电
深圳市兆威机电股份有限公司（简称“兆威机电”）成立于2001年，总部位于深圳，是一家集设计、研发、制造于一体的微型传动和微型驱动系统解决方案提供商，产品主要应用于汽车、智能机器人、工业装备、智能家居、3C电子等诸多领域。其在机器人领域的产品主要包括灵巧手零部件和电机驱动模组。
据悉，2025年5月底，兆威机电完成第三代技术方案（无刷有齿槽电机+微型丝杠）的开发并送样。该方案通过定子拼块工艺实现齿槽转矩自锁功能，模组体积较上一代优化，适配特斯拉Optimus Gen3手指关节的微型化需求。目前，该方案已进入特斯拉供应链审核阶段。
在无刷空心杯电机领域深耕布局，兆威机电构建了覆盖直径4mm 至 22mm 的多元产品矩阵，凭借丰富的规格选择，能适配机器人、智慧医疗、工业自动化及智能消费等多领域的动力需求，为不同场景下的设备提供精准驱动支持。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
4）禾川科技
浙江禾川科技股份有限公司（简称“禾川科技”）成立于2011 年 11 月，总部位于浙江衢州龙游县工业园区，是国产工业自动化领域的核心企业，定位为智慧工厂的核心部件与系统集成解决方案提供商。
公司主营产品覆盖工业自动化全链条，包括控制器、伺服系统、视觉系统、编码器、变频器、触摸屏、电动滚筒、精密传动部件等。
2024年8月，禾川科技成立浙江禾川人形机器人有限公司，该公司聚焦人形机器人新赛道，专注研发核心动力驱动产品，具体涵盖电驱关节、灵巧手专用空心杯电机，以及微型力矩电机、中空型紧凑编码器、力矩电机等关键部件。
在无刷空心杯电机领域，禾川科技推出Hu-ECU 系列产品，涵盖 phi;8mm-phi;16mm 多个尺寸规格。该系列主要应用于人形机器人灵巧手手指关节，同时适配 SMT 设备、医疗设备等场景，能精准满足极致空间下的驱动需求，为国产自动化及机器人产业提供关键部件支持。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
5）雷赛智能
深圳市雷赛智能控制股份有限公司（简称“雷赛智能”）成立于1997年，总部位于深圳。公司聚焦于伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、运动控制PLC、运动控制卡等核心产品的研发、生产、销售和服务，为工业自动化、医疗设备以及人形机器人等领域提供高性能自动化解决方案。
针对灵巧手应用场景，公司构建了覆盖全规格的无刷空心杯电机产品体系：直径跨度从6mm 到 16mm，适配不同尺寸灵巧手的关节设计；功率区间从 2W 到 100W，可匹配轻、中不同负载的动作需求。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
6）拓邦股份
深圳拓邦股份有限公司（简称“拓邦股份”）成立于1996年，公司总部位于深圳。2007年，拓邦在深交所上市，开创了中国家电智能控制行业，是国内智能控制领域首家上市公司。历经多年发展，拓邦已构建起 “四电一网”（电控、电机、电池、电源、物联网平台）的核心技术体系，以此为依托，深度服务工具和家电、数字能源和智能汽车、机器人三大领域，为全球客户定制智能解决方案。
公司主营产品多元，涵盖控制器、电机、电池、电源等关键部件及智能整机产品。在工具和家电领域，产品广泛应用于各类家电及专业工具；数字能源业务围绕储充系统打造完整产品矩阵，智能汽车业务则以激光雷达电机和充电桩为核心；在机器人领域，提供智能控制、电机、驱动及 AI 整机产品。
在空心杯电机方面，拓邦电机作为旗下负责研发生产的主体，打造了直径 7-40mm 的空心杯电机产品矩阵，能满足不同功率和场景需求，包括人形机器人灵巧手、电动工具、新能源汽车激光雷达、医疗器械等多个领域。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
原文标题 : 灵巧手系列之驱动系统：灵巧手实现精细操作的 “动力心脏”
一、灵巧手的核心组件
在具身智能的愿景中，人形机器人需要通过与环境的物理交互来学习和执行任务。而灵巧手，作为与外界进行精细交互的“最后一厘米”，其性能直接决定了机器人的智能水平与操作能力。它不仅是感知环境的“神经末梢”，能通过触觉、力觉等传感器解析物体属性；更是执行决策的“终极执行器”，能完成从精准拧螺丝到轻柔叠衣物等拟人化操作。
因此，人形机器人要实现高精度、高适应性的交互操作，离不开灵巧手四大核心系统的协同支撑：驱动系统提供动力，传动系统传递运动，感知系统收集信息，控制系统作为大脑进行统一指挥。
驱动系统: 相当于人手的肌肉系统，为灵巧手的精细操作提供动力支持；
传动系统: 类似人手的筋腱，通过齿轮、连杆以及腱绳等传动方式将驱动系统提供的动力精准传递至手指关节。
感知系统: 相当于人手的皮肤与神经末梢，包括触觉、力觉以及位置传感器等，用于感知手部与外界物体的接触状态和力度，以及手部自身的位置和运动状态。
控制系统: 当前灵巧手的控制系统通常采用分布式架构，即一个总的控制系统模块配合每个驱动电机内部的独立控制器。总的控制系统模块一般位于手掌或手腕中，负责整体的任务规划、运动协调和传感器数据融合等功能；手指关节驱动电机内部的独立控制器则负责电机的具体控制，如速度控制、位置控制和电流控制等。
二、驱动系统——灵巧手的动力引擎
1. 驱动类型划分
从驱动原理维度划分，灵巧手的驱动方式主要包括液压驱动、电机驱动、气压驱动及形状记忆合金驱动等类型。
但在当前产业应用中，电机驱动已成为多数企业采用的主流驱动方式，而支撑该驱动方式的模组通常由电机、减速器以及驱动控制器三大部分组成。
电机：灵巧手常用的电机类型包括无刷空心杯电机、无刷有齿槽电机等，核心作用是输出旋转运动，为灵巧手提供基础动力来源。
减速器：典型类型有行星减速器、谐波减速器等，主要功能是将电机输出的“高转速低扭矩”，转换为灵巧手执行动作所需的 “低转速高扭矩”，匹配实际作业动力需求。
驱动控制器：用于精准控制电机的关键运行参数，如转速、扭矩等，保障灵巧手动作的稳定性与可控性。
此外，若参考驱动器数量与灵巧手自由度（DOF）数量的匹配关系，灵巧手的驱动方式可以划分为全驱动和欠驱动。
全驱动：灵巧手的每个自由度（DOF）都配备独立的驱动器（如电机、液压泵），即 “驱动器数量 = 自由度数量”。技术本质在于通过 “动力单元与关节的一一对应”，实现每个关节的完全解耦控制—— 即每个关节的运动（如弯曲角度、速度）可独立调节，不受其他关节影响。
欠驱动：灵巧手的驱动器数量少于自由度数量（即“驱动器数量 < 自由度数量”），未配备独立驱动器的自由度，需通过「机械结构耦合」（如连杆、腱绳传动）或「运动自适应」实现活动。技术本质在于放弃部分关节的独立动力，通过 “机械结构的被动适应性” 简化设计 —— 例如用 1个电机驱动2个指节，例如通过连杆联动，当手指接触物体时，指节会根据物体形状自动调整弯曲角度。
2. 灵巧手常用电机类型
2.1 空心杯电机
空心杯电机是一种采用无铁芯绕组设计的永磁直流电机，其核心优势在于彻底消除了铁芯带来的涡流与磁滞损耗，从而实现了高效率、低惯性和快速动态响应的电机性能。根据换向系统的不同，空心杯电机可进一步划分为两大类：有刷空心杯电机（其转子为无铁芯的杯形绕组）和无刷空心杯电机（其定子为无铁芯的杯形绕组）。
“有刷”和“无刷”空心杯电机结构示意图
备注：“空心杯”的本质是指电机中起到关键作用的无铁芯绕组部件。
1）空心杯电机的构成
空心杯电机在结构上主要由定子、转子、换向系统、支撑结构以及相关辅助部件构成。
备注：无刷电机中也存在特殊设计（如“外定子永磁体 + 内转子空心杯”），但主流形式为 “定子绕组 + 转子永磁体” 结构，与有刷电机的 “定子永磁体” 形成互补。
A.定子：电机中的静止部分，它建立或产生主磁场。对于有刷空心杯电机而言，它的定子的是永磁体，固定在电机外壳内壁，提供一个恒定、强大的静态磁场。然而，对于无刷空心杯电机而言，它的定子却是线圈绕组，固定在电机内部中心位置，通过外部驱动电路通电，产生一个旋转的磁场。
B.转子：电机中的旋转部分，它在定子产生的磁场作用下受力并产生转矩，实现机械转动。对于有刷空心杯电机而言，它的转子是线圈绕组，电流通过电刷和换向器直接流入这个空心杯线圈绕组，产生磁场。对于无刷空心杯电机而言，它的转子是永磁体，被定子产生的旋转磁场吸引，跟着一起转动。
C.换向系统：保证电机产生连续、定向转矩的关键部件。其核心作用是通过周期性地改变绕组电流方向（或通电顺序），使转子能持续旋转而非摆动卡顿。有刷与无刷空心杯电机在实现方式上存在根本区别：有刷电机采用机械换向（电刷与换向器），而无刷电机采用电子换向（电子控制器与位置传感器）。
D.支撑结构：保证转子系统稳定旋转的关键。空心杯电机追求高转速、低振动和高效率，必须采用高精度的支撑结构来避免转子的偏心振动。其核心支撑部件为轴承。典型结构采用两个轴承（前端与后端），分别压配在前、后端盖的轴承室内。转子轴支承于轴承的内圈，从而实现精确的径向定位与轴向约束。
E.辅助部件：主要包括外壳和引线，为电机提供结构完整性、防护和电气连接。
外壳：通常采用金属（如铝合金、不锈钢）或高性能工程塑料（如PPS）。用于固定电机的静态部件，护内部精密部件（如轴承、绕组）免受灰尘、湿气等外部环境影响。
引线：作为电机与外部驱动电源之间的电气连接桥梁。通常采用多股细铜丝绞合而成的软导线，具备优良的柔韧性和耐弯曲性能，以适应电机安装或运行中的振动，防止断线。部分电机采用标准化端子接口，便于快速插拔和系统集成。
在技术突破与产业化进程中，灵巧手的发展长期面临两大瓶颈：微型化与高负载的矛盾、动态响应与控制精度的平衡。无刷空心杯电机以其高功率密度、快速动态响应、高效率及精准控制等优势，成为破解上述难题的破局关键，因而成为当前灵巧手驱动系统的首选方案。
2）空心杯电机产品壁垒
当前空心杯电机行业存在较高产品壁垒，行业进入门槛高。其核心难点聚焦于绕线技术，具体涵盖绕线设计、绕线工艺与绕线设备三大维度；同时，即便突破技术瓶颈实现批量生产，受绕线过程中张力波动、导线贴合度等细节影响，产品良率仍难以长期稳定在较高水平，进一步抬高了行业的规模化落地门槛。
A.绕线设计
绕线设计是空心杯电机技术壁垒的核心环节，它是一个典型的多物理场（电磁、热、力学）与多学科（电磁学、材料学、机械工程）交叉的深度综合优化过程。该过程具体涵盖三大核心任务：
电磁与结构参数优化： 需精准匹配匝数、线径等参数，在无铁芯约束下实现最佳的磁场分布与磁动势，这直接决定了电机的功率密度、效率及输出扭矩。
绕组拓扑结构设计： 针对异形杯状结构（如圆柱、碟形），必须精确设计导线的空间排布路径、端部转向与固定方式，以确保绕组的机械稳定性，避免因电磁力或离心力引发形变或振动。
材料选型与热管理协同设计： 导线需兼具高导电率与高强度；同时，因无铁芯导致散热路径变化，必须通过绕组间隙优化与绝缘材料的导热性匹配，构建高效散热通路，控制运行温升。
设计师的核心挑战在于平衡高功率密度、低扭矩波动、小体积、高可靠性等相互冲突的目标。一个卓越的绕线设计方案，不仅定义了电机的性能上限，更奠定了工艺可行性与设备选型的基础，是构成行业壁垒的首要且最关键的环节。
B.绕线工艺
绕线工艺是构筑空心杯电机性能与量产可行性的核心壁垒。该工艺旨在将独立的漆包线转化为一个具备足够机械强度的自支撑线圈体，其关键在于对温度、压力与时间的精密控制，使漆包线绝缘漆（如聚氨酯、聚酰胺酰亚胺）热熔合并固化，在相邻导线间形成牢固的绝缘粘结，以承受电机高速旋转产生的巨大离心力。工艺水平直接决定了线圈的精度、一致性及最终结构强度，进而影响电机的扭矩输出、效率、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）及量产良率。按绕制方式划分，主流工艺主要包括直绕形、马鞍形与斜绕形三类，其技术特性与适用场景差异显著：
直绕形：空心杯电机中一种适配长绕组结构的线圈绕制方式，其核心特征为：以电机定子或转子的轴线方向（即电机长度方向）为基准，通过精确控制导线张力与排列轨迹，将导线沿该方向紧密绕制，形成柱状或层叠状规整绕组；因需满足较长绕组的制作需求，通常需分多次绕制，工艺复杂度相对较高，最终成品绕组具备绝缘性能较好、输出扭矩稳定的特点。
马鞍形：空心杯电机领域主流的线圈绕制方案之一，也是国外先进空心杯技术中常用的绕制方式。根据电机定子槽的弧形轮廓，将导线一次性贴合槽内弧形轨迹绕制，使绕组整体轮廓呈现类似“马鞍” 的对称形态 —— 绕组主体与定子槽高度契合，两端伸出部分弧度平缓且对称；该绕法工艺简单高效，无需多次叠绕，成品绕组具有重量轻、转动惯量小、电磁利用率高、输出力矩大及时间常数小的核心优势。
斜绕形：空心杯电机高端应用场景中的关键线圈绕制方式，属于国外先进技术方向。绕制时使导线与电机轴线保持5deg;-15deg; 的倾斜角度，通过绕线机精准控制导线的倾斜角度与螺旋间距，沿定子槽连续绕制形成螺旋状绕组；该绕组磁场分布平滑均匀，工艺难度介于直绕形与马鞍形之间，成品具备转动惯量最小、电磁噪音低、时间常数小及轻量化程度高的显著特性，适配对极速响应与低噪需求严苛的场景。
C.绕线设备
空心杯电机的绕线设备根据其成型路径，主要分为卷绕式生产（Sheet Winding） 和一次成型生产（Direct Winding） 两大类。
卷绕生产：该工艺路径长且复杂。首先将铜线在平面模具上绕制成二维的菱形线圈或波浪形线圈，随后通过精密模具将线圈压制成型为扁平线排，最后再将此线排卷绕并固化形成最终的圆柱状线圈。该成型方式的特点：工艺成熟，但工序繁多，对材料（漆膜延展性）和模具精度要求极高。在压型和卷绕过程中极易引起漆膜损伤、线材变形或内部应力，导致一致性差、废品率高。其主要优势在于能生产出轴向长度很短的线圈，但在大直径、高功率线圈生产上劣势明显。
一次成型生产：使用多轴联动精密绕线机，将漆包线直接在圆柱状模具（芯轴）上进行空间三维绕排，一次成型，无需后期的压扁和卷圆工序。该成型方式的特点：其路径短、自动化程度高、材料损伤风险小，因此效率高、一致性好。先进的直接绕线技术可以生产出尺寸更大、槽满率更高、几何形状更优的高性能线圈。其技术壁垒主要体现在绕线机的复杂度和控制算法的精密程度上。是当前高端空心杯电机的主流工艺。
国外绕线机技术由欧美日头部企业主导，其设备与技术已高度成熟。代表企业如瑞士Meteor、日本田中精机、日特机械等厂商，凭借长期技术积累，在全球市场占据重要份额（头部企业市场份额集中）。
其高端设备普遍采用一次性成型工艺，集成绕制、在线检测与固化环节，自动化与智能化程度高，可实现全流程无人化作业。这些设备在线径适应性上覆盖广（例如，部分高端机型可支持0.02mm以上的线径绕制），张力控制精度高（例如，部分厂商通过PID控制策略等技术可实现精密的张力控制），单位产能高，且设备可靠性与平均无故障运行时间（MTBF）表现出色。
与之相比，国内绕线机产业起步相对较晚，当前正处在快速追赶期，技术路径呈现多元化。在面向大功率电机所需的粗线径、高复杂度线圈制造时，国产设备在绕制精度、工艺稳定性及长期可靠性方面，与国际顶尖水平仍存在可见差距。
国内领先厂商正根据自身优势寻求突破：例如，中特科技的全自动双轴绕线机专注于卷绕工艺，已在中小尺寸线圈的量产上取得成功；而勤联科技等企业虽已攻关一次成型技术，但现阶段其工艺能力可能更多适用于尺寸相对较小、线径范围较窄（如0.08-0.2mm）的圆柱状线圈，在应对大功率空心杯电机等特种需求的超精细或异形线圈绕制时，设备的适配性和工艺成熟度仍有提升空间。
2.2 无刷有齿槽直流电机
无刷有齿槽直流电机是永磁同步电机的典型代表，也是无刷直流电机的主流技术形态。其核心由定子、转子及控制器三部分构成：
定子：由高导磁硅钢片叠压构成带齿槽的铁芯，漆包线绕组嵌入齿槽中。齿槽结构用于集中磁通、增强气隙磁场，通电后的绕组产生旋转磁场，是机电能量转换的源头。
转子：通常采用高性能永磁体（如钕铁硼），在定子磁场作用下受力旋转，输出机械能。
控制器：基于微处理器，配合位置传感器（如霍尔传感器）和功率电路，实现转子位置检测、电子换向及调速控制，取代机械电刷功能。
无刷有齿槽直流电机核心特点
优势：
高功率/转矩密度：齿槽结构有效集中磁场，减少漏磁，其转矩密度较无齿槽电机可提升20%-30%，结构紧凑，适合空间受限的高负载场景
良好散热性：定子铁芯与齿槽结构提供了更大的散热表面积，利于热量导出，保障持续运行能力。
成本与寿命：中小功率型号成本优势明显，且无电刷磨损，寿命长达10,000小时以上，维护成本低。
劣势：
齿槽效应：低速时因齿槽转矩易引发周期性转矩波动（典型值5%-8%），影响运行平顺性与控制精度。
体积与噪音：铁芯结构导致体积与重量相对较大，转矩波动易转化为40-60dB的低频噪音。
采用无刷有齿槽电机是灵巧手实现成本控制的一种可行路径，但需针对其精度、体积与响应速度的固有局限进行专项优化：
精度提升：采用定子斜槽或斜极设计，并搭配高精度FOC控制算法，可将转矩波动抑制至2%以内，提升动作平稳性。
体积缩减：通过定子模块化集成设计与轻量化复合材料机壳，可实现体积缩减15%-20%。
响应加速：升级控制器电流环带宽至1kHz以上，并选用低损耗绕组，可有效缩短动力延迟。
2.3 无刷空心杯电机 VS 无刷有齿槽电机
无刷空心杯电机凭借其高能效和快速响应，是高端灵巧手驱动系统的核心；而具备高扭矩密度和显著成本优势的无刷有齿槽电机，则为灵巧手的产业化落地与成本控制提供了关键支撑。
从产品单价来看，以Maxon为代表的外资高端无刷空心杯电机价格通常在每个4000元左右，而国内企业同等类型产品的价格约为1000元~2000元/个。无刷有齿槽电机更具成本优势，单价仅约200元~500元/个。
出于经济性考量，无刷有齿槽电机有望在部分场景替代无刷空心杯电机。据相关信息透露，特斯拉的第3代灵巧手使用部分无刷有齿槽电机替代无刷空心杯电机。因为该灵巧手在设计上，将电机从手掌内整体迁移至前臂。这大大解放了手部空间，允许使用一些尺寸稍大但扭矩密度高、成本更低的电机，为使用无刷有齿槽电机创造了条件。
三、国内外空心杯电机企业
1. 国外企业
1）Maxon（瑞士）
Maxon 成立于1961年，总部坐落于瑞士萨克瑟恩，最初作为德国法兰克福 BRAUN 电气集团在瑞士的生产基地，名为 Interelectric AG 公司。发展至今，Maxon 集团已在全球设有九个生产基地，约有 3300 名员工，业务覆盖 40 多个国家。
Maxon 定位为全球顶尖的精密驱动技术解决方案提供商，专注于为对驱动系统精度、可靠性、稳定性要求极高的行业服务。其主营产品丰富多样，涵盖有刷 / 无刷直流电机、精密齿轮箱、运动控制器以及传感器与编码器等，可提供从单一组件到完整机电一体化驱动系统的产品与服务。
针对灵巧手的驱动需求，Maxon ECX 系列无刷空心杯电机因性能匹配度高、可靠性强，已成为当前主流的应用类型之一。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
2）Faulhaber（德国）
Faulhaber 成立于1947年，总部位于德国。它是一家独立的家族集团企业，在高端小型和微型驱动技术领域占据重要地位，是该领域产品门类最为齐全的企业之一，产品畅销全球各地。目前，集团在德国、瑞士、美国、罗马尼亚和匈牙利建有研发和生产中心，公司网络遍布全球30多个国家与地区，拥有超过2300名专业员工。
Faulhaber 的产品定位为提供高性能、高精度且适用于极小空间的驱动解决方案，服务于对驱动技术要求极为严苛的行业。其主营产品丰富多样，涵盖电机、减速箱、线性致动器、编码器、电子控制器等，可满足从单一部件到系统适配的多元需求。
在机器人灵巧手应用领域，Faulhaber BX系列应用较为广泛。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
2. 国内企业
1）鸣志电器
上海鸣志电器股份有限公司（简称“鸣志电器”）成立于1994 年，总部位于上海，专注于控制电机及驱动系统的研发与生产，是全球领先的运动控制解决方案提供商。其中，控制电机涵盖步进电机、伺服电机、直流无刷电机以及空心杯电机等多种类型，产品广泛应用于工业自动化、机器人、医疗器械等领域。
自 2023 年起，鸣志电器便持续向特斯拉供应空心杯电机样品，其核心产品 ——10mm 无刷空心杯电机，已顺利通过特斯拉 Optimus 灵巧手的多轮测试验证。2024 年，该电机进一步完成 B 轮测试，通过了严苛的 3000 小时可靠性考核；截至目前，鸣志电器已成功通过特斯拉 C 轮认证，成为其空心杯电机的准供应商，不过双方尚未正式官宣合作身份。
针对灵巧手应用场景，鸣志电器提供的ECH 系列无刷空心杯电机，可精准适配灵巧手对微型化、高动态响应的需求。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
2）鼎智科技
江苏鼎智智能控制科技股份有限公司（简称“鼎智科技”）成立于2008年，总部位于江苏常州，是江苏雷利的控股子公司。公司专注于提供定制化的精密运动控制解决方案，核心产品线涵盖线性执行器、空心杯电机、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠、谐波减速器等关键部件，广泛应用于医疗诊断设备、半导体制造、实验室自动化以及人形机器人等高端工业领域。
据悉，鼎智科技已将其8mm有刷空心杯电机及10mm无刷空心杯电机送样至特斯拉Optimus人形机器人项目，目前正处于测试验证阶段。
针对灵巧手应用场景，鼎智科技可提供电机直径覆盖6mm~22mm多个尺寸规格系列的无刷空心杯电机产品。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
3）兆威机电
深圳市兆威机电股份有限公司（简称“兆威机电”）成立于2001年，总部位于深圳，是一家集设计、研发、制造于一体的微型传动和微型驱动系统解决方案提供商，产品主要应用于汽车、智能机器人、工业装备、智能家居、3C电子等诸多领域。其在机器人领域的产品主要包括灵巧手零部件和电机驱动模组。
据悉，2025年5月底，兆威机电完成第三代技术方案（无刷有齿槽电机+微型丝杠）的开发并送样。该方案通过定子拼块工艺实现齿槽转矩自锁功能，模组体积较上一代优化，适配特斯拉Optimus Gen3手指关节的微型化需求。目前，该方案已进入特斯拉供应链审核阶段。
在无刷空心杯电机领域深耕布局，兆威机电构建了覆盖直径4mm 至 22mm 的多元产品矩阵，凭借丰富的规格选择，能适配机器人、智慧医疗、工业自动化及智能消费等多领域的动力需求，为不同场景下的设备提供精准驱动支持。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
4）禾川科技
浙江禾川科技股份有限公司（简称“禾川科技”）成立于2011 年 11 月，总部位于浙江衢州龙游县工业园区，是国产工业自动化领域的核心企业，定位为智慧工厂的核心部件与系统集成解决方案提供商。
公司主营产品覆盖工业自动化全链条，包括控制器、伺服系统、视觉系统、编码器、变频器、触摸屏、电动滚筒、精密传动部件等。
2024年8月，禾川科技成立浙江禾川人形机器人有限公司，该公司聚焦人形机器人新赛道，专注研发核心动力驱动产品，具体涵盖电驱关节、灵巧手专用空心杯电机，以及微型力矩电机、中空型紧凑编码器、力矩电机等关键部件。
在无刷空心杯电机领域，禾川科技推出Hu-ECU 系列产品，涵盖 phi;8mm-phi;16mm 多个尺寸规格。该系列主要应用于人形机器人灵巧手手指关节，同时适配 SMT 设备、医疗设备等场景，能精准满足极致空间下的驱动需求，为国产自动化及机器人产业提供关键部件支持。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
5）雷赛智能
深圳市雷赛智能控制股份有限公司（简称“雷赛智能”）成立于1997年，总部位于深圳。公司聚焦于伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、运动控制PLC、运动控制卡等核心产品的研发、生产、销售和服务，为工业自动化、医疗设备以及人形机器人等领域提供高性能自动化解决方案。
针对灵巧手应用场景，公司构建了覆盖全规格的无刷空心杯电机产品体系：直径跨度从6mm 到 16mm，适配不同尺寸灵巧手的关节设计；功率区间从 2W 到 100W，可匹配轻、中不同负载的动作需求。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
6）拓邦股份
深圳拓邦股份有限公司（简称“拓邦股份”）成立于1996年，公司总部位于深圳。2007年，拓邦在深交所上市，开创了中国家电智能控制行业，是国内智能控制领域首家上市公司。历经多年发展，拓邦已构建起 “四电一网”（电控、电机、电池、电源、物联网平台）的核心技术体系，以此为依托，深度服务工具和家电、数字能源和智能汽车、机器人三大领域，为全球客户定制智能解决方案。
公司主营产品多元，涵盖控制器、电机、电池、电源等关键部件及智能整机产品。在工具和家电领域，产品广泛应用于各类家电及专业工具；数字能源业务围绕储充系统打造完整产品矩阵，智能汽车业务则以激光雷达电机和充电桩为核心；在机器人领域，提供智能控制、电机、驱动及 AI 整机产品。
在空心杯电机方面，拓邦电机作为旗下负责研发生产的主体，打造了直径 7-40mm 的空心杯电机产品矩阵，能满足不同功率和场景需求，包括人形机器人灵巧手、电动工具、新能源汽车激光雷达、医疗器械等多个领域。
无刷空心杯电机相关产品参数信息（信息来源：公司官网）
原文标题 : 灵巧手系列之驱动系统：灵巧手实现精细操作的 “动力心脏”
