篇首語：在靈巧手系統(tǒng)中，MCU作為整個(gè)方案的控制核心，通過多維度技術(shù)整合與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作功能。例如，在靈巧手實(shí)現(xiàn)多自由度精準(zhǔn)調(diào)控時(shí)，MCU能夠憑借編程精確的控制靈巧手的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輔以仿真建模算法并配合空心杯電機(jī)與高性能滾珠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來進(jìn)行多個(gè)多個(gè)關(guān)節(jié)的自由度運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，確保抓取、捏合等動(dòng)作流暢且精準(zhǔn)。?

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬） 作為深耕微型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域多年的行業(yè)翹楚，兆威機(jī)電在電機(jī)控制、傳動(dòng)系統(tǒng)及電機(jī)本體等方面積累了深厚的技術(shù)底蘊(yùn)與豐富的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化方案。2024 年 11 月，兆威機(jī)電重磅推出其精心打造的全驅(qū)高可靠靈巧手。該靈巧手配備 17 個(gè)主動(dòng)執(zhí)行單元，且單指節(jié)具備 3 個(gè)及以上主動(dòng)執(zhí)行單元，能夠精準(zhǔn)模擬人手的抓握等精細(xì)動(dòng)作，為機(jī)械手賦予了出色的靈活性與精準(zhǔn)度。

在國際消費(fèi)電子展（CES 2025）上，兆威機(jī)電再度展示了其創(chuàng)新成果 —— 靈巧手。相關(guān)展品擁有 17 - 20 個(gè)自由度，引發(fā)了廣泛關(guān)注。同時(shí)，陳毅東博士首次提出“靈巧手+”的生態(tài)架構(gòu)，圍繞以“靈巧手”為核心進(jìn)行商業(yè)拓展。在電子發(fā)燒友網(wǎng)《人形機(jī)器人的電機(jī)控制和傳感器》專題中，我們有幸邀請(qǐng)到兆威集團(tuán)副總經(jīng)理、首席電控專家 陳毅東博士，了解到一線的靈巧手的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢與挑戰(zhàn)。

兆威集團(tuán)副總經(jīng)理、首席電控專家 陳毅東博士

單芯片集成：靈巧手電機(jī)控制方案的大勢所趨?

靈巧手在人形機(jī)器人整機(jī)開發(fā)中占據(jù)著極大的工程量比重。據(jù)相關(guān)報(bào)道，特斯拉 Optimus 靈巧手的開發(fā)工作量可能占整機(jī)工程量的 50%?。頭豹研究院預(yù)測，在保守情形下，2030 年全球人形機(jī)器人靈巧手市場規(guī)模將達(dá) 320.6 億元，年復(fù)合增長率為 81.2%；樂觀情況下，這一數(shù)字將飆升至 879.7 億元，年復(fù)合增長率高達(dá) 109.3%。

實(shí)際上，靈巧手的應(yīng)用并非局限于人形機(jī)器人領(lǐng)域。在工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域，其同樣展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用需求。陳毅東介紹，為實(shí)現(xiàn)兆威機(jī)電靈巧手的高效運(yùn)動(dòng)控制，公司在項(xiàng)目開發(fā)初期便與芯片廠商展開深度合作，對(duì)芯片性能進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。兆威機(jī)電靈巧手的軟件框架采用分層設(shè)計(jì)，底層基于國產(chǎn) MCU 固件庫，中層為自主研發(fā)的電機(jī)控制算法庫，上層則是應(yīng)用功能模塊。目前，兆威機(jī)電靈巧手已實(shí)現(xiàn)完全自主，從芯片選型、協(xié)議制定到算法開發(fā)，均不依賴國外技術(shù)。

在靈巧手系統(tǒng)中，MCU作為整個(gè)方案的控制核心，通過多維度技術(shù)整合與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作功能。例如，在靈巧手實(shí)現(xiàn)多自由度精準(zhǔn)調(diào)控時(shí)，MCU能夠憑借編程精確的控制靈巧手的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輔以仿真建模算法并配合空心杯電機(jī)與高性能滾珠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來進(jìn)行多個(gè)多個(gè)關(guān)節(jié)的自由度運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，確保抓取、捏合等動(dòng)作流暢且精準(zhǔn)。?

陳毅東特別指出，對(duì)于空間要求嚴(yán)苛且需控制眾多電機(jī)的靈巧手而言，最理想的方案當(dāng)屬單芯片集成的一體化方案。然而，目前市場上尚未出現(xiàn)成熟的此類方案，因此，選擇高性能 MCU 作為控制樞紐成為當(dāng)下最佳選擇。在兆威機(jī)電的靈巧手中，公司選用了基于 Arm 架構(gòu)、最高主頻可達(dá) 600MHz 的驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)整個(gè)靈巧手。借助高性能 MCU，兆威機(jī)電能夠?qū)崿F(xiàn)單芯片控制多臺(tái)電機(jī)，并在各個(gè)控制芯片之間實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交互與協(xié)同通信。

相較于傳統(tǒng)電機(jī)控制，靈巧手所需的電機(jī)控制方案面臨更大挑戰(zhàn)。靈巧手采用的空心杯電機(jī)體積更小，對(duì)控制精度的要求卻更高。

陳毅東強(qiáng)調(diào)，打造領(lǐng)先的靈巧手電機(jī)是兆威機(jī)電的優(yōu)勢所在。在 CES 2025 上，公司展示了 6mm - 16mm 空心杯電機(jī)，這些電機(jī)具有輕便高效的特點(diǎn)，適用于多種機(jī)器人應(yīng)用場景，能夠提供卓越的動(dòng)力表現(xiàn)。目前，兆威機(jī)電已實(shí)現(xiàn)包括電控、電機(jī)、齒輪箱在內(nèi)的整個(gè)驅(qū)動(dòng)模組和電機(jī)整機(jī)的自主研發(fā)與生產(chǎn)。為此，兆威機(jī)電開展了諸多針對(duì)性研發(fā)工作，具體如下：?

·電機(jī)控制方面：針對(duì)空心杯電機(jī)在低電感、高力矩等方面的控制需求，兆威機(jī)電自主研發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法庫，實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制。

·材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面：兆威機(jī)電自研齒輪箱材料，優(yōu)化齒隙、壽命、強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)，并結(jié)合電控與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行快速迭代，提升傳動(dòng)效率。

正因如此，兆威機(jī)電不僅打造了完整的靈巧手方案，還向客戶出售相關(guān)組件，目前已與多家靈巧手整機(jī)廠商達(dá)成合作。當(dāng)然，陳毅東在采訪中特別指出，在空心杯電機(jī)整機(jī)方案優(yōu)化過程中，目前的高性能 MCU 僅能滿足基本設(shè)計(jì)需求，仍是技術(shù)瓶頸所在，產(chǎn)業(yè)迫切需要更高集成度的一體化單芯片方案。

靈巧手更靈活，還要業(yè)界打造更卓越的電子皮膚

對(duì)于靈巧手而言，精準(zhǔn)控制固然重要，電子皮膚同樣不可或缺。電子皮膚作為機(jī)器人觸覺感知的核心技術(shù)，通過高密度傳感器、柔性材料與多模態(tài)感知能力的有機(jī)結(jié)合，賦予靈巧手近似人類皮膚的感知與交互能力。在兆威機(jī)電靈巧手發(fā)布會(huì)上，陳毅東曾呼吁，要研發(fā)更符合人體工學(xué)的電子皮膚。

電子皮膚通過密集分布在靈巧手表面（包括手掌、關(guān)節(jié)等復(fù)雜部位）的傳感器，能夠精準(zhǔn)感知物體形狀、壓力分布、材質(zhì)、溫度等特性。同時(shí)，采用可拉伸、可彎曲的柔性基底材料，使電子皮膚能夠貼合機(jī)器人手的不規(guī)則表面，提升耐用性與操作穩(wěn)定性。

陳毅東表示，現(xiàn)階段兆威機(jī)電與觸覺傳感器廠商合作定制電子皮膚，實(shí)現(xiàn)力反饋數(shù)據(jù)融合。在此過程中，兆威機(jī)電的研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)揮統(tǒng)籌作用，研究如何將傳感器反饋的數(shù)據(jù)更好地融入主控制器。

結(jié)語

陳毅東認(rèn)為，人形機(jī)器人的許多技術(shù)研發(fā)可借鑒汽車行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。汽車有不同檔次之分，人形機(jī)器人則對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用場景，也可根據(jù)功能差異對(duì)不同組件制定不同價(jià)格。人形機(jī)器人對(duì)可靠性的要求等同于甚至高于汽車，需通過極端環(huán)境測試驗(yàn)證其使用壽命。此外，汽車通過 OTA 進(jìn)行功能升級(jí)的模式值得人形機(jī)器人借鑒，這也對(duì)相應(yīng)的軟硬件提出了新的需求。

在靈巧手領(lǐng)域，未來發(fā)展呈現(xiàn)兩大趨勢：一是多核高算力芯片整合多電機(jī)控制，以實(shí)現(xiàn)更高集成度與更小型化的方案；二確保靈巧手具有末端感知、決策、執(zhí)行等高性能控制。??

本次陳博士應(yīng)《電子發(fā)燒友網(wǎng)》電機(jī)產(chǎn)業(yè)分析師的采訪邀請(qǐng)，從方案構(gòu)建和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)角度，深入探討了靈巧手所需的電機(jī)控制與傳感器技術(shù)，以及相關(guān)技術(shù)的未來發(fā)展走向等話題，在此也表示特別的感謝。我們也更加期待陳博在2025年電子發(fā)燒友秋機(jī)電機(jī)技術(shù)論壇和人形機(jī)器人論壇上的更多分享。電子發(fā)燒友網(wǎng)將會(huì)持續(xù)推出電機(jī)控制與人形機(jī)器人的深度一手內(nèi)容。