从方案视角探究：灵巧手所需的电机驱动与传感技术

电子发烧友网 · 公众号 · · 2025-03-11 07:00

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篇首语：在灵巧手系统中，MCU作为整个方案的控制核心，通过多维度技术整合与协同，实现复杂操作功能。例如，在灵巧手实现多自由度精准调控时，MCU能够凭借编程精确的控制灵巧手的电机驱动系统，辅以仿真建模算法并配合空心杯电机与高性能滚珠传动机构来进行多个多个关节的自由度运动协调，确保抓取、捏合等动作流畅且精准。

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）作为深耕微型驱动系统领域多年的行业翘楚，兆威机电在电机控制、传动系统及电机本体等方面积累了深厚的技术底蕴与丰富的软硬件标准化方案。2024 年 11 月，兆威机电重磅推出其精心打造的全驱高可靠灵巧手。该灵巧手配备 17 个主动执行单元，且单指节具备 3 个及以上主动执行单元，能够精准模拟人手的抓握等精细动作，为机械手赋予了出色的灵活性与精准度。

在国际消费电子展（CES 2025）上，兆威机电再度展示了其创新成果 —— 灵巧手。相关展品拥有 17 - 20 个自由度，引发了广泛关注。同时，陈毅东博士首次提出“灵巧手+”的生态架构，围绕以“灵巧手”为核心进行商业拓展。在电子发烧友网《人形机器人的电机控制和传感器》专题中，我们有幸邀请到兆威集团副总经理、首席电控专家陈毅东博士，了解到一线的灵巧手的系统设计的趋势与挑战。

兆威集团副总经理、首席电控专家陈毅东博士

单芯片集成：灵巧手电机控制方案的大势所趋

灵巧手在人形机器人整机开发中占据着极大的工程量比重。据相关报道，特斯拉 Optimus 灵巧手的开发工作量可能占整机工程量的 50%‌。头豹研究院预测，在保守情形下，2030 年全球人形机器人灵巧手市场规模将达 320.6 亿元，年复合增长率为 81.2%；乐观情况下，这一数字将飙升至 879.7 亿元，年复合增长率高达 109.3%。

实际上，灵巧手的应用并非局限于人形机器人领域。在工业自动化、医疗康复等领域，其同样展现出广泛的应用需求。陈毅东介绍，为实现兆威机电灵巧手的高效运动控制，公司在项目开发初期便与芯片厂商展开深度合作，对芯片性能进行严格验证。兆威机电灵巧手的软件框架采用分层设计，底层基于国产 MCU 固件库，中层为自主研发的电机控制算法库，上层则是应用功能模块。目前，兆威机电灵巧手已实现完全自主，从芯片选型、协议制定到算法开发，均不依赖国外技术。

在灵巧手系统中，MCU作为整个方案的控制核心，通过多维度技术整合与协同，实现复杂操作功能。例如，在灵巧手实现多自由度精准调控时，MCU能够凭借编程精确的控制灵巧手的电机驱动系统，辅以仿真建模算法并配合空心杯电机与高性能滚珠传动机构来进行多个多个关节的自由度运动协调，确保抓取、捏合等动作流畅且精准。

陈毅东特别指出，对于空间要求严苛且需控制众多电机的灵巧手而言，最理想的方案当属单芯片集成的一体化方案。然而，目前市场上尚未出现成熟的此类方案，因此，选择高性能 MCU 作为控制枢纽成为当下最佳选择。在兆威机电的灵巧手中，公司选用了基于 Arm 架构、最高主频可达 600MHz 的驱动芯片来驱动整个灵巧手。借助高性能 MCU，兆威机电能够实现单芯片控制多台电机，并在各个控制芯片之间实现高效的数据交互与协同通信。

相较于传统电机控制，灵巧手所需的电机控制方案面临更大挑战。灵巧手采用的空心杯电机体积更小，对控制精度的要求却更高。

陈毅东强调，打造领先的灵巧手电机是兆威机电的优势所在。在 CES 2025 上，公司展示了 6mm - 16mm 空心杯电机，这些电机具有轻便高效的特点，适用于多种机器人应用场景，能够提供卓越的动力表现。目前，兆威机电已实现包括电控、电机、齿轮箱在内的整个驱动模组和电机整机的自主研发与生产。为此，兆威机电开展了诸多针对性研发工作，具体如下：

电机控制方面：针对空心杯电机在低电感、高力矩等方面的控制需求，兆威机电自主研发电机驱动算法库，实现多电机同步协调控制。
材料与结构优化方面：兆威机电自研齿轮箱材料，优化齿隙、寿命、强度等关键参数，并结合电控与结构设计进行快速迭代，提升传动效率。

正因如此，兆威机电不仅打造了完整的灵巧手方案，还向客户出售相关组件，目前已与多家灵巧手整机厂商达成合作。当然，陈毅东在采访中特别指出，在空心杯电机整机方案优化过程中，目前的高性能 MCU 仅能满足基本设计需求，仍是技术瓶颈所在，产业迫切需要更高集成度的一体化单芯片方案。

灵巧手更灵活，还要业界打造更卓越的电子皮肤

对于灵巧手而言，精准控制固然重要，电子皮肤同样不可或缺。电子皮肤作为机器人触觉感知的核心技术，通过高密度传感器、柔性材料与多模态感知能力的有机结合，赋予灵巧手近似人类皮肤的感知与交互能力。在兆威机电灵巧手发布会上，陈毅东曾呼吁，要研发更符合人体工学的电子皮肤。

电子皮肤通过密集分布在灵巧手表面（包括手掌、关节等复杂部位）的传感器，能够精准感知物体形状、压力分布、材质、温度等特性。同时，采用可拉伸、可弯曲的柔性基底材料，使电子皮肤能够贴合机器人手的不规则表面，提升耐用性与操作稳定性。

陈毅东表示，现阶段兆威机电与触觉传感器厂商合作定制电子皮肤，实现力反馈数据融合。在此过程中，兆威机电的研发团队发挥统筹作用，研究如何将传感器反馈的数据更好地融入主控制器。

结语

陈毅东认为，人形机器人的许多技术研发可借鉴汽车行业经验。汽车有不同档次之分，人形机器人则对应不同应用场景，也可根据功能差异对不同组件制定不同价格。人形机器人对可靠性的要求等同于甚至高于汽车，需通过极端环境测试验证其使用寿命。此外，汽车通过 OTA 进行功能升级的模式值得人形机器人借鉴，这也对相应的软硬件提出了新的需求。

从方案视角探究：灵巧手所需的电机驱动与传感技术

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