一、步进电机在人形机器人灵巧手中的独特地位

人形机器人灵巧手作为机器人与外界交互的关键部位，对电机的要求极高。而步进电机以其独特的优势，在人形机器人灵巧手中占据着独特的地位。

步进电机具有精确的角度控制特点，这对于人形机器人灵巧手的精细操作至关重要。每个脉冲信号都对应固定的转角，能够实现精准的位置控制，确保灵巧手在执行各种任务时的准确性。例如，在抓取微小物体或进行复杂的装配操作时，步进电机能够精确控制手指的运动角度，实现高精度的操作。

此外，步进电机相对便宜的价格使其在人形机器人的大规模生产中具有很大的吸引力。人形机器人的产业化发展需要考虑成本因素，而步进电机的价格优势能够在一定程度上降低人形机器人的制造成本，提高产品的市场竞争力。

综上所述，步进电机以其精确的角度控制、开环控制简单及相对便宜的价格等特点，在人形机器人灵巧手中发挥着重要作用，占据着独特的地位。

二、步进电机的特点及应用场景

（一）特点

1.精确的角度控制，每个脉冲都对应固定的转角。

2.开环控制简单，无需反馈系统，但负载变化可能导致丢步。

步进电机的开环控制相对简单，不需要复杂的反馈系统，这使得它在一些成本敏感和控制系统要求相对简单的场景中具有优势。然而，当负载发生变化时，步进电机可能会出现丢步的情况。这就需要在设计和使用过程中，充分考虑负载的变化范围，以确保电机的稳定运行。

3.比伺服电机便宜，结构相对简单。

与伺服电机相比，步进电机的价格更为便宜，结构也相对简单。这使得步进电机在一些对成本有严格要求的应用中具有很大的吸引力。例如，在一些小型设备、消费电子产品以及一些对精度要求不是特别高的工业自动化设备中，步进电机能够在满足基本功能需求的同时，降低设备的制造成本。

（二）应用场景

1.头部运动：可用于控制机器人的头部旋转，角度控制简单且成本低。

在人形机器人中，步进电机可以用于控制头部的旋转运动。由于头部运动通常不需要特别高的精度和速度，步进电机的精确角度控制和低成本特点使其成为理想的选择。通过发送脉冲信号，步进电机可以准确地控制头部的转动角度，实现机器人与外界的交互和观察。

2.小型附属机构：如视觉系统中的微调运动或其他轻负载精确运动。

在机器人的视觉系统中，步进电机可以用于实现微调运动。例如，调整摄像头的角度、焦距等，以获取更清晰的图像。此外，在一些轻负载的精确运动场景中，如小型机械臂的末端执行器、实验室设备的微调装置等，步进电机也能够发挥其优势，实现精确的位置控制。

3.人形机器人眼睛部位：具有较好的适配性。

人形机器人的眼睛部位通常需要精确的运动控制，以实现眼神的聚焦、转动等功能。步进电机由于其精确的角度控制和较小的体积，在人形机器人的眼睛部位具有较好的适配性。通过与适当的传动机构配合，步进电机可以实现眼睛的灵活运动，增强机器人的人机交互能力。

三、人形机器人灵巧手对步进电机技术的需求

（一）多自由度设计需求

人形机器人灵巧手需要模拟人手的复杂动作，通常需要多个自由度。兆威机电的灵巧手设计充分考虑了人手的生物力学特性，通过专利技术实现多自由度。例如，仿生拇指设计包括第一指节结构和转盘，转盘的旋转轴线不平行于第一指节结构的旋转轴线，实现了类似人手的复杂抓握动作。多功能仿生手指的第二指节结构能够进行曲张运动和摆动运动，通过万向铰接实现多方向的运动能力。灵巧仿生手指的第三指节结构能够进行曲张运动，进一步增强了灵巧手的灵活性和适应性。

步进电机在实现多自由度设计方面具有一定的优势，通过与其他电机和传动装置的配合，可以实现灵巧手的精确控制。例如，兆威机电的专利技术中，掌指控制单元采用无刷直流电机，手指控制单元采用步进电机，结合直线执行器应用，通过电机旋转搭配微型减速器和丝杆实现精确的动力输出和快速响应，从而实现单手具有最多 17 个主动多个自由度的灵巧手，基本接近人单手 22 个自由度的状态。

（二）精确控制需求

灵巧手的精确动作需要精确的驱动和控制，步进电机可以与带闭环反馈的直流无刷电机等结合，实现不同力度和速度的控制需求，通过主从 MCU 的分布式控制策略，实现复杂动作的协调控制。

兆威机电在这方面的专利技术包括无刷直流电机与步进电机的结合，掌指控制单元采用无刷直流电机，手指控制单元采用步进电机，实现不同力度和速度的控制需求。同时，通过主控单元与多个从控单元的协同工作，实现复杂动作的协调控制。例如，在仿生拇指和各指节结构中应用微型直线执行器，通过电机旋转搭配微型减速器和丝杆实现精确的动力输出和快速响应。

（三）传感器集成需求

为了提高灵巧手的智能化水平和安全性，需要集成多种传感器。步进电机可以与霍尔传感器、压力传感器等结合，实时监测电机的运行速度和当前位置，实现对抓握力度的精确控制和外部环境的适应性。

兆威机电在传感器集成方面进行了创新，配置编码器可以实时监测电机的运行速度和当前位置，为控制单元提供精确的反馈信号。例如，通过霍尔传感器的应用，结合压力传感器的集成，检测掌指和手指所受的压力值，实现对抓握力度的精确控制和外部环境的适应性。同时，兆威机电在微机电传动领域拥有 6 - 24mm 的空心杯电机的核心技术和 8mm 的微型步进电机产品，结合精密微型行星减速器，可以与无刷直流电机和步进电机相结合，提供更大的扭矩和更精确的控制，使得灵巧手的动作更加稳定和精确。通过控制系统的集成，优化控制算法和数据传输方式，进一步提高灵巧手的响应速度和控制精度。

四、步进电机在人形机器人灵巧手中的发展现状

目前，人形机器人灵巧手的步进电机技术正处于快速发展阶段，多家企业纷纷布局，展现出了巨大的发展潜力。

鸣志电器以空心杯电机为核心切入人形机器人领域，有望充分受益于人形机器人放量。公司是混合式（HB）步进电机龙头，在全球市场份额稳居前三，打破了日企垄断。其空心杯电机产品布局较早，拥有约 8 年研发积累，先发优势明确。通过收购美国 AMP 和瑞士 T Motion 等企业，鸣志电器组建了领先的电机驱动控制及解决方案的研发制造平台，能够为客户提供模组化产品，提升产品价值量。此外，鸣志电器的空心杯电机在价格方面具有优势，与海外龙头 Maxon 相比，性价比显著。

雷赛智能展示了针对人形机器人灵巧手最新研发的空心杯微型伺服系统和高密度无框电机。公司从 2018 年起持续耕耘机器人行业，在 AGV/AMR 及协作机器人领域每年销售万台伺服系统。2023 年底，雷赛智能成功研发出高密度无框力矩电机、CD 伺服驱动器、中空编码器、空心杯电机及配套的微型伺服系统等核心产品，下游客户覆盖人形机器人、协作机器人、医疗、关节模组和通用自动化等领域。目前，公司已经形成了空心杯电机及微型驱动、无框力矩电机及驱动器、编码器等完整人形机器人电机驱控方案，并实现了与 10 - 20 家国内头部人形机器人企业的商务对接，部分企业已完成送样和初步测试，明确了 2024 年 Q2 批量生产目标。

兆威机电在微机电传动领域拥有核心技术和产品，通过专利布局探讨灵巧手新方案，发布的机器人灵巧手具备高自由度、单板控制等特点。兆威机电的灵巧手设计充分考虑了人手的生物力学特性，通过仿生学原理，实现单手具有最多 17 个主动多个自由度的灵巧手，基本接近人单手 22 个自由度的状态。在驱动与控制单元创新方面，采用带闭环反馈的直流无刷电机和步进电机的技术和控制策略，结合直线执行器应用，实现精确的动力输出和快速响应。同时，兆威机电在传感器集成方面进行了创新，配置编码器可以实时监测电机的运行速度和当前位置，结合压力传感器的集成，实现对抓握力度的精确控制和外部环境的适应性。此外，兆威机电在空心杯电机的应用、精密微型行星减速器、控制系统的集成等方面具有优势，能够进一步提高灵巧手的性能和市场竞争力。

五、未来展望

随着人形机器人技术的不断发展，对灵巧手的性能要求将越来越高。步进电机在人形机器人灵巧手中的应用也将不断拓展和深化，未来有望与更多的先进技术结合，为实现人形机器人的智能化和高效化提供有力支持。

目前，人形机器人灵巧手的市场前景广阔，多家企业纷纷布局，展现出巨大的发展潜力。随着技术的不断进步，步进电机在实现多自由度设计、精确控制和传感器集成等方面将不断优化。未来，步进电机有望与人工智能、大数据等先进技术相结合，进一步提高人形机器人灵巧手的智能化水平。

例如，通过与人工智能技术结合，步进电机可以实现更加精准的控制和自适应调整。根据不同的任务需求和环境变化，自动调整电机的参数和运行模式，提高灵巧手的灵活性和适应性。同时，大数据技术可以对步进电机的运行数据进行分析和挖掘，为电机的优化设计和故障诊断提供依据。

此外，随着材料科学的不断发展，新型材料的应用也将为步进电机带来新的机遇。例如，高强度、轻量化的材料可以提高电机的性能和可靠性，降低电机的重量和体积，为人形机器人的轻量化设计提供支持。

未来步进电机在人形机器人灵巧手中的应用前景广阔，将为实现人形机器人的智能化和高效化发挥重要作用。