2025年央視春晚的舞臺上，一場別開生面的機器人舞蹈表演《秧BOT》驚艷了全國觀眾。宇樹 H1 “福兮” 機器人的表現(xiàn)堪稱卓越，它們裝備了高精度 3D 激光 SLAM 自主定位和導(dǎo)航、多智能體協(xié)同規(guī)劃、先進組網(wǎng)方案和全身 AI 運動控制等一系列前沿技術(shù)。這些技術(shù)就如同超級外掛，讓機器人在舞臺上行走穩(wěn)健，動作整齊劃一，如同復(fù)制粘貼一般。
作為全球首款能完成原地空翻的全尺寸電驅(qū)人形機器人，H1 “福兮” 最大關(guān)節(jié)扭矩可達360N?m，還配備360°全景深度感知技術(shù)，周圍環(huán)境盡收 “眼底” 。通過先進的 AI 算法，它們不僅能精準(zhǔn)跟上音樂節(jié)奏，還能像人類一樣感知舞蹈動作的韻味，并實時調(diào)整動作，呈現(xiàn)出又穩(wěn)又精彩的舞蹈。人形機器人電機是依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞，從而產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的電磁裝置，在人形機器人中起著至關(guān)重要的作用。它被視為機器人的執(zhí)行單元，根據(jù)需要被安裝在各關(guān)節(jié)上控制關(guān)節(jié)運動，直接決定著機器人的性能表現(xiàn)，堪稱人形機器人運動的 “心臟”。機器人關(guān)節(jié)是機器人的基礎(chǔ)部件，而電機作為關(guān)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，具有減速、傳動、提升扭矩等功能。人形機器人通常使用于人類的日常生活環(huán)境中，具備類似人類的感知、決策、行為以及擬人化的移動特性。在這個過程中，電機負(fù)責(zé)驅(qū)動機器人的各個關(guān)節(jié)，實現(xiàn)諸如行走、跑、彈跳等動作。從價值量占比來看，電機在人形機器人核心零部件中的價值量占比高達 25%。以特斯拉人形機器人為例，其全身有 28 個執(zhí)行器，部分執(zhí)行器采用無框力矩電機，而靈巧手則使用空心杯電機。單臺機器人裝配 12 個空心杯電機（左右手各 6 個）。電機技術(shù)的不斷進步，也在推動著人形機器人技術(shù)的發(fā)展。從有刷電機到無刷電機，從普通電機到空心杯電機等，這些創(chuàng)新不僅提高了電機的性能，也使得人形機器人的運動更加精準(zhǔn)、靈活和高效。隨著人工智能的發(fā)展和政策的支持，人形機器人市場正迎來巨大的增長潛力，這也將為電機市場帶來廣闊的發(fā)展空間。（一）按應(yīng)用領(lǐng)域分類
動力電機和控制電機的特點及應(yīng)用場景：動力電機輸出功率大，注重電機的驅(qū)動、運行及制動性能，常應(yīng)用于汽車、家電、小型機床等領(lǐng)域。例如，在汽車中，動力電機為車輛提供強大的動力，驅(qū)動車輛行駛?？刂齐姍C側(cè)重電機輸出量的幅頻特性、相頻特性及輸出特性的精度、靈敏度，主要在自動控制系統(tǒng)中承擔(dān)執(zhí)行、檢測和解算功能，適用于機器人、半導(dǎo)體、光伏、鋰電、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。控制電機的細分：
步進電機：結(jié)構(gòu)簡單，把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，每輸入一個脈沖信號，就按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。通常用于開環(huán)控制系統(tǒng)，如辦公自動化、通信設(shè)備、印刷設(shè)備等領(lǐng)域。但其效率和控制精度相對較低。
伺服電機：相較于步進電機，增加了編碼器與反饋機制，控制精度高、響應(yīng)速度快。廣泛應(yīng)用于需要精密控制的場合，如半導(dǎo)體、光伏、鋰電、工業(yè)自動化、機器人等?？招谋姍C屬于特殊的伺服電機，采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，具有體積小、控制精度高、壽命長、轉(zhuǎn)速快、能效高、能量密度大等優(yōu)勢。力矩電機：以扭矩為控制方向，能夠在電機低速甚至堵轉(zhuǎn)時仍能提供穩(wěn)定的力矩給負(fù)載。具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強、響應(yīng)快等優(yōu)點，分為有框力矩電機和無框力矩電機。
永磁式直流力矩電機結(jié)構(gòu)圖
（二）按有無刷分類
有刷空心杯電機和無刷空心杯電機的結(jié)構(gòu)差異：有刷空心杯電機轉(zhuǎn)子無鐵芯，采用機械電刷換向，磁極不動，線圈旋轉(zhuǎn)。電機工作時，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，通過碳刷和換向器的接觸，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。無刷空心杯電機定子無鐵芯，采用電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。通過電子換向器，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置自動調(diào)整電流方向，實現(xiàn)無火花運行。兩者在換向方式、控制方式、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、是否有霍爾傳感器及壽命等方面的區(qū)別：換向方式：有刷空心杯電機采用機械電刷換向，運行過程中存在相對摩擦，會產(chǎn)生噪聲、電火花，降低電機使用壽命。無刷空心杯電機采用電子換向，具有效率高、轉(zhuǎn)矩波動小、使用壽命高、結(jié)構(gòu)精巧，維護方便，易保養(yǎng)等特點。控制方式：有刷空心杯電機采用電流控制；無刷空心杯電機需要搭配電機驅(qū)動器實現(xiàn)驅(qū)動控制。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：有刷空心杯電機是線圈、換向器和連接板在外殼和永磁體中間旋轉(zhuǎn)，共同組成轉(zhuǎn)子；無刷空心杯電機的線圈固定，磁鐵在中間旋轉(zhuǎn)，同時也是轉(zhuǎn)子。是否有霍爾傳感器：有刷空心杯電機沒有霍爾傳感器；無刷空心杯電機有霍爾傳感器。壽命：有刷空心杯電機的壽命取決于換向器，一般為 1000 - 3000h；無刷空心杯電機采用軸承，壽命更長，可達 10000h +。特斯拉 Optimus 靈巧手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，來源：特斯拉 2022 年 AI DAY，2023 年第二代 Optimus 人形機器人展示視頻
杭州威衡科技有限公司深耕多年，已與安川電機、ABB電機、沈陽新松機器人自動化股份有限公司、深圳雷賽智能控制股份有限公司、南京埃斯頓自動化股份有限公司、上海微創(chuàng)醫(yī)療機器人(集團)股份有限公司、杭州?？禉C器人股份有限公司、安徽智哥機器人系統(tǒng)有限公司等多家知名機器人創(chuàng)新機構(gòu)和企業(yè)達成合作，解決方案覆蓋人形機器人、手術(shù)機器人、特種機器人、腿足式仿生機器人、移動機器人等多種應(yīng)用領(lǐng)域。該解決方案可實現(xiàn)電流、電壓、溫度、扭矩、轉(zhuǎn)速五個參數(shù)的實時采集，并具備數(shù)據(jù)處理、圖表繪制、數(shù)據(jù)存儲、測控軟件開源等功能。另外配置常用的被測驅(qū)動端口，便于被測模塊與加載模塊協(xié)同工作，被測電機亦可獨立控制，精度可達0.05％，能夠滿足各種精細調(diào)整和高精度定位的需求。未來，電機技術(shù)將不斷融合人工智能、高端制造、新材料等前沿技術(shù)，提升電機測試的智能化水平和制造工藝，實現(xiàn)更精準(zhǔn)的動作控制數(shù)據(jù)和更高的能效比，以滿足機器人復(fù)雜動作的測試需求，滿足小型化、集成化、高效節(jié)能的發(fā)展趨勢。
