電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）編碼器是將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)信號(hào)形式的設(shè)備。在人形機(jī)器人領(lǐng)域，編碼器主要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供精確的反饋信息，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位置控制、動(dòng)態(tài)速度調(diào)節(jié)、力與扭矩感知、安全保護(hù)機(jī)制、復(fù)雜動(dòng)作協(xié)調(diào)等關(guān)鍵功能，是實(shí)現(xiàn)低延遲(如5ms以下)感知-決策-執(zhí)行閉環(huán)的關(guān)鍵硬件。

從系統(tǒng)架構(gòu)看，編碼器位于伺服系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)，與控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)共同構(gòu)成控制-驅(qū)動(dòng)-執(zhí)行-傳感的完整閉環(huán)。本文將介紹人形機(jī)器人對(duì)編碼器的需求特點(diǎn)，以及近期業(yè)內(nèi)廠商推出的新一代編碼器產(chǎn)品。

編碼器的技術(shù)分類與特點(diǎn)
編碼器按不同維度可分為多種類型，各類技術(shù)路線在精度、成本、環(huán)境適應(yīng)性等方面存在顯著差異，其關(guān)鍵性能指標(biāo)是分辨率、絕對(duì)精度和重復(fù)精度。

按測(cè)量原理分類：可以分為光電編碼器、磁電編碼器、電感式編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器。

光電編碼器：利用光電轉(zhuǎn)換原理，通過(guò)光柵盤與光電元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。其優(yōu)勢(shì)在于精度極高，分辨率可達(dá)25位以上，雷賽智能在近期宣布自主研發(fā)的 26 位超高精度光編編碼器已成功量產(chǎn)。但光電編碼器對(duì)環(huán)境敏感，粉塵等會(huì)直接影響光路傳輸，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。

磁電編碼器：采用磁阻效應(yīng)或霍爾效應(yīng)原理，通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化獲取位置信息。磁編碼器具備抗干擾性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)，成本相對(duì)較低。隨著TMR（隧道磁阻）和GMR（巨磁阻）傳感芯片技術(shù)的發(fā)展，磁編碼器精度不斷提升，主流產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)17位絕對(duì)式分辨率，部分高端產(chǎn)品突破20位，成為人形機(jī)器人關(guān)節(jié)應(yīng)用的重要選擇。例如禾川科技在磁編碼器的分辨率達(dá) 17 位，精度達(dá) 30 角秒。

電感式編碼器：基于電磁感應(yīng)原理，具備非接觸測(cè)量和強(qiáng)抗干擾能力的特點(diǎn)，分辨率可達(dá)微米級(jí)，甚至是納米級(jí)；電感式編碼器采用無(wú)接觸式設(shè)計(jì)，減少了機(jī)械磨損從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。此外，部分高端的電感編碼器，還具備測(cè)量位置、速度，以及方向識(shí)別等多個(gè)能力。

旋轉(zhuǎn)變壓器：是一種模擬式角度傳感器，通過(guò)變壓器原理工作，具備更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可在高溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)輻射等極端環(huán)境下穩(wěn)定工作。但是精度相對(duì)較低，且需要進(jìn)行信號(hào)解調(diào)電路，例如用專用解碼芯片或者是軟件解碼。

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圖：編碼器特點(diǎn)及使用場(chǎng)景

此前，有業(yè)內(nèi)消息指出，特斯拉Optimus最新一代關(guān)節(jié)模組明確采用電感式編碼器，這一技術(shù)路線選擇也將成為人形機(jī)器人行業(yè)的一次技術(shù)定調(diào)。

人形機(jī)器人正從實(shí)驗(yàn)室走向工廠、家庭等真實(shí)場(chǎng)景，面臨不同的油污、溫差和電磁干擾等復(fù)雜工況，而工廠正是特斯拉Optimus極有可能的落地場(chǎng)景之一。傳統(tǒng)的磁編碼器易受磁場(chǎng)干擾，而光學(xué)編碼器雖然精度高，但對(duì)環(huán)境要求極為嚴(yán)苛。

特斯拉選擇電感式編碼器，是因?yàn)樗胶饬烁呔?、?qiáng)抗干擾性（抗油污/粉塵/磁場(chǎng)）、寬溫域和高可靠性。這也意味著廠商在選擇核心零部件時(shí)，除了考量精度，也會(huì)關(guān)注極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和魯棒性。

按輸出信號(hào)分類：編碼器可以分為增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器：根據(jù)獨(dú)立的控制器通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖來(lái)確定位置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但斷電后位置信息會(huì)丟失會(huì)。絕對(duì)式編碼器：可以直接輸出當(dāng)前絕對(duì)位置，而且斷電重啟后位置信息依然準(zhǔn)確，無(wú)需回零。絕對(duì)式編碼器又分單圈（0°~360°）和多圈（記錄累計(jì)圈數(shù)）兩種。

單圈絕對(duì)值編碼器在0°~360°范圍內(nèi)，即使發(fā)生掉電或掉電期間仍有運(yùn)動(dòng)，重新上電后仍能準(zhǔn)確反饋當(dāng)前最新位置信息；但當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)360°后，位置計(jì)數(shù)將歸零并重新從原點(diǎn)開(kāi)始累積。多圈絕對(duì)值編碼器具有更大的絕對(duì)位置記憶范圍它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)連續(xù)多圈旋轉(zhuǎn)位置信息的完整記錄與實(shí)時(shí)追蹤。

人形機(jī)器人普遍采用絕對(duì)式編碼器，因?yàn)闄C(jī)器人在任務(wù)中斷電或急停后，必須立即知道每個(gè)關(guān)節(jié)的精確位置才能安全恢復(fù)運(yùn)動(dòng)。多圈絕對(duì)值編碼器適用于電機(jī)本體等需要大范圍連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)。

按測(cè)量方式分類：可以分為旋轉(zhuǎn)編碼器、直線編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度，可用于人形機(jī)器人關(guān)節(jié)。直線編碼器用于測(cè)量線性位移，主要應(yīng)用于線性執(zhí)行器和靈巧手等場(chǎng)景。

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度看，各類編碼器的成本和復(fù)雜度排序一般為：增量式 < 磁編碼器 < 光電編碼器 < 旋轉(zhuǎn)變壓器。磁編碼器在環(huán)境適應(yīng)性方面表現(xiàn)最為出色，光電編碼器在精度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而旋轉(zhuǎn)變壓器則在極端環(huán)境可靠性方面獨(dú)占鰲頭。


編碼器在人形機(jī)器人中的應(yīng)用
華泰證券等研報(bào)指出，在電機(jī)成本中，編碼器占30%左右。在人形機(jī)器人中，編碼器的應(yīng)用場(chǎng)景極為關(guān)鍵且多樣。昆泰芯微電子的CEO武建峰博士曾在行業(yè)論壇中演講時(shí)指出，人形機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)至少需1-2個(gè)編碼器，如膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、腰部等，典型人形機(jī)器人配備14+個(gè)關(guān)節(jié)，需20個(gè)到30個(gè)編碼器。

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圖源：昆泰芯微

在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制方面，編碼器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度和速度，為控制系統(tǒng)提供精確的反饋信息。編碼器會(huì)根據(jù)人形機(jī)器的行走、轉(zhuǎn)身、彎腰等動(dòng)作精準(zhǔn)測(cè)量各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)調(diào)整關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的動(dòng)作控制。例如在行走過(guò)程中，腿部關(guān)節(jié)的編碼器能確保機(jī)器人邁出合適大小的步伐，并保持穩(wěn)定的步伐頻率和節(jié)奏。

在位置反饋方面，編碼器能準(zhǔn)確反饋機(jī)器人各部位相對(duì)于初始位置的變化情況，可用于定位、導(dǎo)航以及執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。比如在工業(yè)生產(chǎn)線上，人形機(jī)器人需要精準(zhǔn)地將物品放置在指定位置，編碼器就能通過(guò)反饋手臂和手部的位置信息，讓機(jī)器人知道是否已經(jīng)到達(dá)了目標(biāo)位置，從而確保操作的準(zhǔn)確性。

具體來(lái)看，編碼器在人形機(jī)器人中可以進(jìn)行精準(zhǔn)位置控制、動(dòng)態(tài)速度調(diào)節(jié)、力與扭矩感知、安全保護(hù)機(jī)制、復(fù)雜動(dòng)作協(xié)調(diào)等功能。
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人形機(jī)器人磁性編碼器產(chǎn)品的應(yīng)用（圖源埃斯特磁）

精準(zhǔn)位置控制：人形機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)類人化的精確運(yùn)動(dòng)，如行走、抓取、操作等。編碼器實(shí)時(shí)反饋關(guān)節(jié)角度，使控制器能夠精確控制每個(gè)關(guān)節(jié)的位置，確保末端執(zhí)行器到達(dá)預(yù)定位置。例如，特斯拉Optimus2旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)諧波減速器+雙編碼器閉環(huán)控制，雙編碼器采用絕對(duì)式+增量式，24位分辨率（0.0003°）實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)定位精度。

動(dòng)態(tài)速度調(diào)節(jié)：機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)調(diào)整各關(guān)節(jié)的速度，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、協(xié)調(diào)的動(dòng)作。編碼器提供精確的速度反饋，使伺服系統(tǒng)能夠根據(jù)軌跡規(guī)劃要求動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。

復(fù)雜動(dòng)作協(xié)調(diào)：人形機(jī)器人的多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)需要精確的時(shí)序控制和位置同步。編碼器提供各關(guān)節(jié)的精確位置信息，使控制器能夠?qū)崿F(xiàn)多關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，完成如行走、奔跑、跳躍等復(fù)雜動(dòng)作。

目前來(lái)看，人形機(jī)器人一般會(huì)采用磁編碼器、電感式編碼器或雙編碼器方案，具體選擇取決于關(guān)節(jié)特性、精度需求及環(huán)境適應(yīng)性要求。

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)采用“電機(jī)+減速器”的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，電機(jī)端的轉(zhuǎn)動(dòng)與減速器輸出端之間往往存在微小的傳動(dòng)誤差。雙編碼器方案由兩種不同類型編碼器組成，例如可以結(jié)合了絕對(duì)值編碼器與增量式編碼器的不同優(yōu)勢(shì)，消除了這種誤差，它通過(guò)同時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)輸入端和減速后的輸出端位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)裝置不精準(zhǔn)性的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

例如海德漢KCI 120 Dplus雙編碼器在一個(gè)緊湊的讀數(shù)頭內(nèi)集成了兩個(gè)獨(dú)立的感應(yīng)式掃描碼盤，既能提供電機(jī)的實(shí)時(shí)反饋，又能精準(zhǔn)測(cè)量負(fù)載端的絕對(duì)位置。這種“一體雙能”的架構(gòu)，不僅大幅提升了機(jī)器人執(zhí)行器的感知精度，更確保了多關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)作時(shí)信號(hào)聯(lián)通的絕對(duì)可靠與同步。

只不過(guò)，雙編碼器系統(tǒng)雖然能顯著提升機(jī)器人性能，但在實(shí)際應(yīng)用中也有新的技術(shù)挑戰(zhàn)，例如信號(hào)處理、控制穩(wěn)定性、力矩估計(jì)精度以及系統(tǒng)標(biāo)定等地方。信號(hào)的處理與融合將影響性能，業(yè)內(nèi)一般采用互補(bǔ)濾波算法的方式。

此外，人形機(jī)器人或高精度機(jī)械臂中，電機(jī)與負(fù)載端之間通常存在減速器，受力時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的彈性變形，出現(xiàn)相位延遲。為了解決該問(wèn)題，盛泰奇科技的專利顯示公司采用了一種基于雙編碼器的動(dòng)態(tài)解耦方法，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集并比對(duì)電機(jī)端編碼器與負(fù)載端編碼器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算彈性變形量后，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整與補(bǔ)償，通過(guò)上述算法，系統(tǒng)能夠?qū)鲃?dòng)鏈的形變干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)隔離，確保電機(jī)和負(fù)載端的運(yùn)動(dòng)協(xié)同一致，從而提升整體的控制穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)對(duì)編碼器的要求較高，埃斯特磁公開(kāi)的資料顯示，在空間極度受限的情況下，對(duì)編碼器的厚度和直徑都有要求，小型化要求內(nèi)外雙編非集成厚度僅3mm、最小外徑8mm；機(jī)器人關(guān)節(jié)要求實(shí)現(xiàn)小于0.015°的絕對(duì)精度，相對(duì)應(yīng)編碼器就要實(shí)現(xiàn)24位的高分辨率和高精度。機(jī)器人關(guān)節(jié)有更快的轉(zhuǎn)速，空心杯電機(jī)常規(guī)工作轉(zhuǎn)速10,000–30,000 rpm，因此編碼器也要支持高轉(zhuǎn)速，約為每分鐘1.5萬(wàn)轉(zhuǎn)（15 kRPM）的高速旋轉(zhuǎn)。

更關(guān)鍵的是，為了讓機(jī)器人動(dòng)作流暢、反應(yīng)靈敏，機(jī)器人關(guān)節(jié)需要實(shí)現(xiàn)30kHz控制頻率的快速響應(yīng)，編碼器就需要具備高刷新率的特點(diǎn)，例如30kHz的雙編控制頻率，數(shù)據(jù)更新延遲必須控制在2μS以內(nèi)。

此外，機(jī)器人關(guān)節(jié)要求更好的環(huán)境耐受性，這就要求編碼器同樣具備抗震動(dòng)、油污和溫度變化等耐受力。當(dāng)然，想要大規(guī)模量產(chǎn)，還得靠自有晶圓廠和碼盤制造降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)性能與價(jià)格的雙重平衡。

從氮化鎵芯片到電感式傳感：多家企業(yè)加碼研發(fā)，國(guó)產(chǎn)編碼器加速突圍
MIR DATABANK的數(shù)據(jù)顯示，2025年中國(guó)編碼器市場(chǎng)規(guī)模近30億元，同比增長(zhǎng)3%，應(yīng)用領(lǐng)域包括伺服、機(jī)床、風(fēng)電、電梯、機(jī)器人等，其中機(jī)器人行業(yè)增長(zhǎng)最快的細(xì)分領(lǐng)域，2025年實(shí)現(xiàn)了11%的同比增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)隨著機(jī)器人的爆發(fā)，編碼器行業(yè)將持續(xù)增長(zhǎng)。


磁編碼器企業(yè)包括海德漢（Heidenhain）、多摩川（TamagawaSeiki）、雷尼紹（Renishaw）等國(guó)際大廠以及雷賽智能、禹衡光學(xué)（奧普光電）、長(zhǎng)春匯通（匯川技術(shù)）、宜科電子、蘇州捷之碩等國(guó)內(nèi)企業(yè)，相關(guān)企業(yè)還有ADI、旭化成微電子、英飛凌、博通、MPS、TDK、RLS、iC-Haus、NXP、Allegro、邁來(lái)芯、極海半導(dǎo)體、萊姆、賽卓電子、西安中科阿爾法電子科技、燦瑞科技、多維科技、矩陣光電等。

編碼器作為電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的“眼睛”，其性能直接決定了系統(tǒng)的精度與響應(yīng)速度。然而，高端編碼器中最核心的芯片與碼盤，制造工藝極其復(fù)雜，這也成了國(guó)產(chǎn)替代最難啃的“硬骨頭”。
正因如此，在高端編碼器高技術(shù)壁壘領(lǐng)域，多家企業(yè)正加大研發(fā)投入。


海德漢
海德漢（Heidenhain）推出KCI 120 Dplus編碼器高度集成的雙位置反饋編碼器模組（包含掃描頭、轉(zhuǎn)子單元和處理電路），集成了兩個(gè)獨(dú)立的感應(yīng)式掃描碼盤（一個(gè)讀數(shù)頭），能夠同時(shí)采集電機(jī)端（輸入端）和負(fù)載端（輸出端）的位置信息。通過(guò)雙位置反饋，控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)計(jì)算出傳動(dòng)鏈的變形量，從而實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，確保機(jī)器人末端執(zhí)行器的絕對(duì)定位精度。此外，這種“二合一”設(shè)計(jì)極大地節(jié)省了空間和重量，KCI 120 Dplus高度僅為 20mm，外殼直徑約 81mm，空心軸直徑 19mm。

根據(jù)介紹，KCI 120 Dplus編碼器定子可承受 400 m/s2，轉(zhuǎn)子可承受 600 m/s2 的振動(dòng)，位精度可達(dá) ±40角秒，單圈分辨率為 20位 (1,048,576位置/圈)。

邁來(lái)芯
今年1月，邁來(lái)芯（Melexis）推出的MLX90520電感式編碼器芯片，提供22位的絕對(duì)位置分辨率，集成了高性能的模擬前端（AFE）和數(shù)字信號(hào)處理（DSP），通過(guò)簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和集成化芯片設(shè)計(jì)，提供小于 3 毫米的超薄傳感器組件，可無(wú)縫安裝到緊湊的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中，并減輕了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有助于提升機(jī)器人的續(xù)航能力。

MLX90520支持片上游標(biāo)角度計(jì)算，適合旋轉(zhuǎn)角度(360°)或線性位移(小于40cm)檢測(cè)兩路信號(hào)輸入，內(nèi)置延時(shí)補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)零延時(shí)輸出緊湊型線圈設(shè)計(jì)，優(yōu)化 PCB布局密度。

邁來(lái)芯在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時(shí)表示，公司的電感式技術(shù)平臺(tái)具有極強(qiáng)的模塊化特性，同一款編碼器 IC 可以從 20mm 的手腕關(guān)節(jié)無(wú)縫擴(kuò)展到 200mm 的大扭矩軀干關(guān)節(jié)。
邁來(lái)芯的產(chǎn)品定位于機(jī)器人的“底層基礎(chǔ)模塊”，這種“基本元件”屬性決定了它們天然具備跨形態(tài)復(fù)用的能力，有助于開(kāi)發(fā)者在不同產(chǎn)品研發(fā)中縮短 30% 以上的驗(yàn)證周期，并大幅降低物料清單 (BOM) 的復(fù)雜度。

光碼未來(lái)
今年3月，光碼未來(lái)（Luxcode）針對(duì)人形機(jī)器人靈巧手及精密關(guān)節(jié)的需求，發(fā)布了新一代光學(xué)絕對(duì)式微型編碼器。產(chǎn)品外徑提供外徑8-26m可定制規(guī)格，采用中空軸結(jié)構(gòu)，支持貫通安裝與內(nèi)部穿線，滿足人形機(jī)器人的手指關(guān)節(jié)（尤其是靈巧手）內(nèi)部空間極其狹小，需要中空結(jié)構(gòu)來(lái)布置線纜或傳動(dòng)軸的需求。

其產(chǎn)品采用光學(xué)絕對(duì)式技術(shù)路線，提供 17bit分辨率。具備上電即知位置（無(wú)需回零）、無(wú)磁干擾的特點(diǎn)。最大轉(zhuǎn)速可達(dá)20,000 rpm，依托光學(xué)讀取與算法抗擾，在高速旋轉(zhuǎn)下無(wú)失真、無(wú)延遲。該產(chǎn)品使用不同的空心杯電機(jī)。

值得一提的是，光碼未來(lái)通過(guò)自研光像技術(shù)，改變了高端光學(xué)編碼器高度依賴進(jìn)口專用芯片和精密光刻工藝的現(xiàn)象，摒棄傳統(tǒng)的精密光刻玻璃碼盤，采用不銹鋼碼盤結(jié)合光學(xué)成像算法，從底層原理到生產(chǎn)制造的全鏈條自主可控，加速了國(guó)產(chǎn)替代。

中科半導(dǎo)體
今年4月，中科半導(dǎo)體發(fā)布的CT?21X系列氮化鎵（GaN）磁編碼芯片，是國(guó)內(nèi)首顆面向人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的GaN 磁編碼芯片。該芯片利用基于寬禁帶 GaN 與 AlScN 鐵電調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，解決了人形機(jī)器人關(guān)節(jié)在高溫、高精度、高動(dòng)態(tài)和緊湊空間下的嚴(yán)苛需求。

即使在180℃的極端工況下，其角度精度、溫漂、帶寬及功耗等核心性能指標(biāo)，依然優(yōu)于傳統(tǒng)的TMR傳感器。官方給出一組數(shù)據(jù)：在180℃高溫工況下，AlScN?GaN 2DEG磁傳感器的分辨率可達(dá)40nT，其磁場(chǎng)靈敏度達(dá)到傳統(tǒng)TMR傳感器的兩倍以上。

根據(jù)介紹，CT?21X系列還具備高精度與低延遲的特點(diǎn)，支撐高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制，角度精度穩(wěn)定在30–100弧秒，溫漂極低（0.01–0.03°/℃），最高分辨率達(dá)21bit。同時(shí)，其響應(yīng)延時(shí)< 2μs，帶寬高達(dá)1–5MHz，角度誤差僅±0.1°。

CT?21X系列最高支持30萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘的檢測(cè)需求，超高轉(zhuǎn)速檢測(cè)能力和極快的計(jì)算響應(yīng)速度，能夠從容應(yīng)對(duì)從高速擺臂到精細(xì)操作的各種運(yùn)動(dòng)模式。


埃斯特磁
近期，埃斯特磁針對(duì)人形機(jī)器人靈巧手推出了專用的磁性編碼器及芯片解決方案，具備微型化、高精度和高魯棒性的特點(diǎn)。例如微型電缸用絕對(duì)式線性編碼器ELS-004磁柵寬度6mm，讀頭尺寸：7 × 25 mm，采用SPI接口。

ELS-004采用絕對(duì)式檢測(cè)方式，可以直接讀取位置信息，有效分辨率高達(dá)0.2 μm，重復(fù)性精度達(dá)到1 μm，適合需要精細(xì)控制的場(chǎng)景。該產(chǎn)品還采用了高信噪比TMR技術(shù)，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中保持信號(hào)的純凈和穩(wěn)定，從而保證了測(cè)量的高可靠性。
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埃斯特磁ELS-004
弓望傳感
2025年9月，弓望傳感推出了RT-B/T系列電感式編碼器。該產(chǎn)品基于電感原理，具備“超窄碼道”與“超大中空”兩大核心創(chuàng)新，解決了傳統(tǒng)編碼器在空間和布線上的局限。

官方介紹，RT-B/T系列電感式編碼器超大中空設(shè)計(jì)，中空孔徑最大可達(dá)95mm，允許動(dòng)力線、信號(hào)線等從關(guān)節(jié)內(nèi)部穿過(guò)。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，弓望傳感實(shí)現(xiàn)了超窄碼道，在更小的直徑上達(dá)成高精度，定子板寬度僅6.5mm，轉(zhuǎn)子板寬度僅3mm。
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弓望RT-B系列單編碼器（圖源弓望傳感）

28mm外徑以上的B系列產(chǎn)品集成了電池多圈絕對(duì)值功能。內(nèi)置微型電池可在完全斷電的情況下精確記錄關(guān)節(jié)的絕對(duì)位置。解決了斷電位置丟失的痛點(diǎn)，確保了機(jī)器人在突發(fā)斷電情況下的位置數(shù)據(jù)安全。

極海半導(dǎo)體
極海半導(dǎo)體已經(jīng)推出了多款基于APM32E030 / F402 / F103工業(yè)級(jí)MCU的多款協(xié)議轉(zhuǎn)換型編碼器參考方案，此外其推出的G32R430編碼器專用MCU，是針對(duì)人形機(jī)器人對(duì)高精度、小型化和低功耗的嚴(yán)苛需求而設(shè)計(jì)的。

根據(jù)介紹，G32R430編搭載Cortex-M52內(nèi)核，主頻高達(dá)128MHz，并內(nèi)置自研的ATAN電角度計(jì)算擴(kuò)展指令。單次電角度計(jì)算時(shí)間<1μs，核心鏈路（信號(hào)采樣+計(jì)算）執(zhí)行時(shí)間<3μs。其超低延遲特性確保了位置反饋的實(shí)時(shí)性，滿足了人形機(jī)器人對(duì)高速實(shí)時(shí)控制的核心要求。

G32R430內(nèi)置2個(gè)16位高精度ADC（有效位≥13.5-bit），配合多維TMR磁頭，單對(duì)極磁鋼理論角度精度優(yōu)于0.0155°，真實(shí)分辨率高達(dá)16+N位。人形機(jī)器人的靈巧手和精密關(guān)節(jié)需要感知微小的位置變化。高精度ADC和算法補(bǔ)償能力（如溫度、角度補(bǔ)償）保證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制精度和穩(wěn)定性。

該產(chǎn)品還具備低功耗與小型化優(yōu)勢(shì)，芯片Stop模式功耗<15μA，Standby模式功耗<2μA?；谠撔酒木幋a器方案靜態(tài)平均功耗約14μA，使用1100mAh電池壽命可達(dá)7年以上。采用UFBGA64、QFN等小型封裝，方案板直徑僅35mm，可應(yīng)用于最小40mm法蘭的伺服電機(jī)中。


編碼器技術(shù)升級(jí)：從微型化到全鏈條自主，突破精度與耐溫極限
從上述代表性編碼器以及最新推出的產(chǎn)品可以看到，編碼器行業(yè)的創(chuàng)新正朝著更小體積、更高精度、更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性以及完全自主可控的方向全面加速。

一是結(jié)構(gòu)形態(tài)的極致微型化與高集成度
為了適應(yīng)人形機(jī)器人關(guān)節(jié)極其狹小的內(nèi)部空間，編碼器通過(guò)二合一高度集成、小型封裝等方式正在向“更小、更薄、更緊湊”演進(jìn)。
例如海德漢KCI 120 Dplus采用雙編碼器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了極高的空間利用率。邁來(lái)芯電感式編碼器芯片做到了小于3毫米的超薄厚度；埃斯特磁的ELS-004讀頭尺寸僅為7×25mm。極海半導(dǎo)體的G32R430通過(guò)單芯片高集成度設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)方案板直徑僅35mm。

二是新材料應(yīng)用，超高精度與超低延遲特性突破
為了滿足機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)控制和精細(xì)操作的需求，編碼器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)在不斷突破極限。
邁來(lái)芯MLX90520達(dá)到了22位分辨率，中科無(wú)線CT-21X達(dá)到21bit，海德漢KCI 120 Dplus單圈分辨率為20位。

在極低延遲與高帶寬方面，中科無(wú)線CT-21X的環(huán)路計(jì)算延時(shí)小于0.2ns，響應(yīng)延時(shí)<2μs；極海G32R430的電角度計(jì)算時(shí)間<1μs。這種毫秒甚至微秒級(jí)的實(shí)時(shí)反饋，是保障機(jī)器人動(dòng)態(tài)平衡和柔順控制的關(guān)鍵。中科無(wú)線利用GaN材料，突破了編碼器的精度等特性。

三是提升了編碼器的靈活適配性
為了配合機(jī)器人的內(nèi)部走線和不同關(guān)節(jié)的尺寸差異，例如超大中空與貫通軸：弓望傳感RT-B/T系列提供了最大95mm的中空孔徑，光碼未來(lái)也推出了支持貫通穿線的中空軸結(jié)構(gòu)，完美適配大扭矩關(guān)節(jié)和復(fù)雜的內(nèi)部布線需求。

模塊化與可定制：邁來(lái)芯的平臺(tái)支持從20mm手腕到200mm軀干關(guān)節(jié)的無(wú)縫擴(kuò)展；光碼未來(lái)提供8-26mm外徑的連續(xù)可定制服務(wù)，精準(zhǔn)填補(bǔ)了空心杯電機(jī)等微型場(chǎng)景的市場(chǎng)空白。

四是感知技術(shù)的多元化與供應(yīng)鏈的自主可控
傳統(tǒng)單一技術(shù)路線正在被打破，除了主流的磁編（TMR/GMR）和光編外，電感式編碼器憑借抗磁場(chǎng)干擾能力和對(duì)油污、灰塵的不敏感性，成為強(qiáng)磁環(huán)境下的優(yōu)選方案。新材料與新工藝應(yīng)用方面，中科無(wú)線引入GaN提升耐高溫與抗輻照能力，光碼未來(lái)采用不銹鋼碼盤替代玻璃光柵，大幅提升了光學(xué)編碼器的抗振動(dòng)和抗沖擊能力。

面對(duì)高端傳感器長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面，國(guó)內(nèi)廠商正在加速底層技術(shù)的自主研發(fā)與全鏈條突破。
例如，光碼未來(lái)通過(guò)自研“光像技術(shù)”，擺脫了對(duì)進(jìn)口專用芯片和精密光刻工藝的依賴；GaN技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從材料到器件的自主可控。


小結(jié)：
人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，推動(dòng)了上游產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能飆升與訂單火爆。在市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，編碼器技術(shù)迭代全面加速。為了適應(yīng)機(jī)器人狹小空間與復(fù)雜工況，行業(yè)正向極致微型化、高集成度演進(jìn)，并不斷突破精度與響應(yīng)速度的極限。同時(shí)，電感式等具備強(qiáng)抗干擾能力的新技術(shù)路線脫穎而出，國(guó)內(nèi)廠商也在底層材料與工藝上持續(xù)創(chuàng)新，加速實(shí)現(xiàn)高端編碼器的國(guó)產(chǎn)化替代與自主可控。