精度狂飙至26位！大厂加码，机器人编码器掀起微型化、高精度革命

电子发烧友网报道（文/莫婷婷） 编码器是将 信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储信号形式的设备。在人形 机器人领域，编码器主要通过实时监测关节的运动状态，为 控制系统提供精确的反馈信息，可以实现精准位置控制、动态速度调节、力与扭矩感知、安全保护机制、复杂动作协调等关键功能，是实现低延迟(如5ms以下)感知-决策-执行闭环的关键硬件。

从系统架构看，编码器位于伺服系统的反馈环节，与 控制器、 驱动器、 电机共同构成控制-驱动-执行-传感的完整闭环。本文将介绍人形机器人对编码器的需求特点，以及近期业内厂商推出的新一代编码器产品。

编码器的技术分类与特点

编码器按不同维度可分为多种类型，各类技术路线在精度、成本、环境适应性等方面存在显著差异，其关键性能指标是分辨率、绝对精度和重复精度。

按测量原理分类： 可以分为 光电编码器、磁电编码器、电感式编码器、旋转变压器。

光电编码器：利用光电转换原理，通过光栅盘与光电元件的相对运动产生脉冲信号。其优势在于精度极高，分辨率可达25位以上，雷赛智能在近期宣布自主研发的 26 位超 高精度光编编码器已成功量产。但光电编码器对环境敏感，粉尘等会直接影响光路传输，结构较为复杂，成本较高。

磁电编码器：采用磁阻效应或霍尔效应原理，通过检测磁场变化获取位置信息。磁编码器具备抗干扰性强等突出优势，成本相对较低。随着TMR（隧道磁阻）和GMR（巨磁阻）传感 芯片技术的发展，磁编码器精度不断提升，主流产品已实现17位绝对式分辨率，部分高端产品突破20位，成为人形机器人关节应用的重要选择。例如禾川科技在磁编码器的分辨率达 17 位，精度达 30 角秒。

电感式编码器：基于 电磁感应原理，具备非接触测量和强抗干扰能力的特点，分辨率可达微米级，甚至是纳米级；电感式编码器采用无接触式设计，减少了 机械磨损从而延长设备使用寿命。此外，部分高端的电感编码器，还具备测量位置、速度，以及方向识别等多个能力。

旋转变压器：是一种 模拟式角度 传感器，通过变压器原理工作，具备更强的环境适应性，可在高温、强振动、强辐射等极端环境下稳定工作。但是精度相对较低，且需要进行信号解调电路，例如用专用解码芯片或者是软件解码。

图：编码器特点及使用场景

此前，有业内消息指出， 特斯拉Op timus最新一代关节模组明确采用电感式编码器，这一技术路线选择也将成为人形机器人行业的一次技术定调。

人形机器人正从实验室走向工厂、家庭等真实场景，面临不同的油污、温差和电磁干扰等复杂工况，而工厂正是特斯拉Optimus极有可能的落地场景之一。传统的磁编码器易受磁场干扰，而 光学编码器虽然精度高，但对环境要求极为严苛。

特斯拉选择电感式编码器，是因为它平衡了高精度、强抗干扰性（抗油污/粉尘/磁场）、宽温域和高可靠性。这也意味着厂商在选择核心零部件时，除了考量精度，也会关注极强的环境适应能力和鲁棒性。

按输出信号分类： 编码器可以分为增量式编码器、绝对式编码器。增量式编码器：根据独立的控制器通过计数脉冲来确定位置。其结构简单、成本低，但断电后位置信息会丢失会。绝对式编码器：可以直接输出当前绝对位置，而且断电重启后位置信息依然准确，无需回零。绝对式编码器又分单圈（0°~360°）和多圈（记录累计圈数）两种。

单圈绝对值编码器在0°~360°范围内，即使发生掉电或掉电期间仍有运动，重新上电后仍能准确反馈当前最新位置信息；但当转动超过360°后，位置计数将归零并重新从原点开始累积。多圈绝对值编码器具有更大的绝对位置记忆范围它能够实现对连续多圈旋转位置信息的完整记录与实时追踪。

人形机器人普遍采用绝对式编码器，因为机器人在任务中断电或急停后，必须立即知道每个关节的精确位置才能安全恢复运动。多圈绝对值编码器适用于电机本体等需要大范围连续转动的关节。

按测量方式分类：可以分为旋转编码器、直线编码器。旋转编码器用于测量旋转角度，可用于人形机器人关节。直线编码器用于测量线性位移，主要应用于线性执行器和灵巧手等场景。

从技术经济角度看，各类编码器的成本和复杂度排序一般为：增量式 < 磁编码器 < 光电编码器 < 旋转变压器。磁编码器在环境适应性方面表现最为出色，光电编码器在精度方面具有明显优势，而旋转变压器则在极端环境可靠性方面独占鳌头。

编码器在人形机器人中的应用

华泰证券等研报指出，在电机成本中，编码器占30%左右。在人形机器人中，编码器的应用场景极为关键且多样。昆泰芯微电子的CEO武建峰博士曾在行业 论坛中演讲时指出，人形机器人每个关节至少需1-2个编码器，如膝关节、肩关节、腰部等，典型人形机器人配备14+个关节，需20个到30个编码器。

图源：昆泰芯微

在关节运动控制方面，编码器可以实时监测关节的旋转角度和速度，为控制系统提供精确的反馈信息。编码器会根据人形机器的行走、转身、弯腰等动作精准测量各个关节的运动状态，将数据传输给控制系统，对应调整关节的驱动电机，从而实现精准的动作控制。例如在行走过程中，腿部关节的编码器能确保机器人迈出合适大小的步伐，并保持稳定的步伐频率和节奏。

在位置反馈方面，编码器能准确反馈机器人各部位相对于初始位置的变化情况，可用于定位、导航以及执行复杂任务。比如在工业生产线上，人形机器人需要精准地将物品放置在指定位置，编码器就能通过反馈手臂和手部的位置信息，让机器人知道是否已经到达了目标位置，从而确保操作的准确性。

具体来看，编码器在人形机器人中可以进行精准位置控制、动态速度调节、力与扭矩感知、安全保护机制、复杂动作协调等功能。

人形机器人磁性编码器产品的应用（图源埃斯特磁）

精准位置控制：人形机器人需要实现类人化的精确运动，如行走、抓取、操作等。编码器实时反馈关节角度，使控制器能够精确控制每个关节的位置，确保末端执行器到达预定位置。例如， 特斯拉Optimus 2旋转关节谐波减速器+双编码器闭环控制，双编码器采用绝对式+增量式，24位分辨率（0.0003°）实现了微米级定位精度。

动态速度调节：机器人在运动过程中需要实时调整各关节的速度，以实现平稳、协调的动作。编码器提供精确的速度反馈，使伺服系统能够根据轨迹规划要求动态调整电机转速。

复杂动作协调：人形机器人的多关节协调运动需要精确的时序控制和位置同步。编码器提供各关节的精确位置信息，使控制器能够实现多关节的协调运动，完成如行走、奔跑、跳跃等复杂动作。

目前来看，人形机器人一般会采用磁编码器、电感式编码器或双编码器方案，具体选择取决于关节特性、精度需求及环境适应性要求。

人形机器人关节采用“电机+减速器”的串联结构，在实际运转中，电机端的转动与减速器输出端之间往往存在微小的传动误差。双编码器方案由两种不同类型编码器组成，例如可以结合了绝对值编码器与增量式编码器的不同优势，消除了这种误差，它通过同时监测电机输入端和减速后的输出端位置，实现对传动装置不精准性的动态补偿。

例如海德汉KCI 120 Dplus双编码器在一个紧凑的读数头内集成了两个独立的感应式扫描码盘，既能提供电机的实时反馈，又能精准测量负载端的绝对位置。这种“一体双能”的架构，不仅大幅提升了机器人执行器的感知精度，更确保了多关节协同运作时信号联通的绝对可靠与同步。

只不过，双编码器系统虽然能显著提升机器人性能，但在实际应用中也有新的技术挑战，例如信号处理、控制稳定性、力矩估计精度以及系统标定等地方。信号的处理与融合将影响性能，业内一般采用互补滤波 算法的方式。

此外，人形机器人或高精度机械臂中，电机与负载端之间通常存在减速器，受力时会产生微小的弹性变形，出现相位延迟。为了解决该问题，盛泰奇科技的专利显示公司采用了一种基于双编码器的动态解耦方法，系统会实时采集并比对电机端编码器与负载端编码器的数据并进行对比，计算弹性变形量后，进行动态调整与补偿，通过上述算法，系统能够将传动链的形变干扰进行实时隔离，确保电机和负载端的运动协同一致，从而提升整体的控制稳定性和响应速度。

人形机器人关节对编码器的要求较高，埃斯特磁公开的资料显示，在空间极度受限的情况下，对编码器的厚度和直径都有要求，小型化要求内外双编非集成厚度仅3mm、最小外径8mm；机器人关节要求实现小于0.015°的绝对精度，相对应编码器就要实现24位的高分辨率和高精度。机器人关节有更快的转速，空心杯电机常规工作转速10,000–30,000 rpm，因此编码器也要支持高转速，约为每分钟1.5万转（15 kRPM）的高速旋转。

更关键的是，为了让机器人动作流畅、反应灵敏，机器人关节需要实现30kHz控制频率的快速响应，编码器就需要具备高刷新率的特点，例如30kHz的双编控制频率，数据更新延迟必须控制在2μS以内。

此外，机器人关节要求更好的环境耐受性，这就要求编码器同样具备抗震动、油污和温度变化等耐受力。当然，想要大规模量产，还得靠自有晶圆厂和码盘制造降低生产成本，实现性能与价格的双重平衡。

从氮化镓芯片到电感式传感：多家企业加码研发，国产编码器加速突围

MIR DATABANK的数据显示，2025年中国编码器市场规模近30亿元，同比增长3%，应用领域包括伺服、机床、风电、电梯、机器人等，其中机器人行业增长最快的细分领域，2025年实现了11%的同比增长，预计随着机器人的爆发，编码器行业将持续增长。

磁编码器企业包括海德汉（Heidenhain）、多摩川（TamagawaSeiki）、雷尼绍（Renishaw）等国际大厂以及雷赛智能、禹衡光学（奥普光电）、长春汇通（汇川技术）、宜科电子、苏州捷之硕等国内企业，相关企业还有 ADI、旭化成微电子、 英飞凌、 博通、 MPS、 TDK、RLS、iC-Haus、 NXP、 Allegro、迈来芯、极海半导体、莱姆、赛卓电子、西安中科阿尔法电子科技、灿瑞科技、多维科技、矩阵光电等。

编码器作为电机运动控制的“眼睛”，其性能直接决定了系统的精度与响应速度。然而，高端编码器中最核心的芯片与码盘，制造工艺极其复杂，这也成了国产替代最难啃的“硬骨头”。

正因如此，在高端编码器高技术壁垒领域，多家企业正加大研发投入。

海德汉

海德汉（Heidenhain）推出KCI 120 Dplus编码器高度集成的双位置反馈编码器模组（包含扫描头、转子单元和处理电路），集成了两个独立的感应式扫描码盘（一个读数头），能够同时采集电机端（输入端）和负载端（输出端）的位置信息。通过双位置反馈，控制系统可以实时计算出传动链的变形量，从而实现全闭环控制，确保机器人末端执行器的绝对定位精度。此外，这种“二合一”设计极大地节省了空间和重量，KCI 120 Dplus高度仅为 20mm，外壳直径约 81mm，空心轴直径 19mm。

根据介绍，KCI 120 Dplus编码器定子可承受 400 m/s²，转子可承受 600 m/s² 的振动，位精度可达 ±40角秒，单圈分辨率为 20位 (1,048,576位置/圈)。

迈来芯

今年1月，迈来芯（ Melexis）推出的MLX90520电感式编码器芯片，提供22位的绝对位置分辨率，集成了高性能的模拟前端（ AFE）和 数字信号处理（ DSP），通过简化机械结构和集成化芯片设计，提供小于 3 毫米的超薄传感器组件，可无缝安装到紧凑的关节设计中，并减轻了转动惯量，有助于提升机器人的续航能力。

MLX90520支持片上游标角度计算，适合旋转角度(360°)或线性位移(小于40cm)检测两路信号输入，内置延时补偿算法，实现零延时输出紧凑型线圈设计，优化 PCB布局密度。

迈来芯在接受电子发烧友网采访时表示，公司 的电感式技术平台具有极强的模块化特性，同一款编码器 IC 可以从 20mm 的手腕关节无缝扩展到 200mm 的大扭矩躯干关节。

迈来芯的产品定位于机器人的“底层基础模块”，这种“基本元件”属性决定了它们天然具备跨形态复用的能力，有助于 开发者在不同产品研发中缩短 30% 以上的验证周期，并大幅降低物料清单 (BOM) 的复杂度。

光码未来

今年3月， 光码未来（Luxcode）针对人形机器人灵巧手及精密关节的需求，发布了新一代 光学绝对式微型编码器 。产品外径提供外径8-26m可定制规格，采用中空轴结构，支持贯通安装与内部穿线，满足人形机器人的手指关节（尤其是灵巧手）内部空间极其狭小，需要中空结构来布置线缆或传动轴的需求。

其产品 采用光学绝对式技术路线，提供 17bit分辨率。具备上电即知位置（无需回零）、无磁干扰的特点。最大转速可达20,000 rpm，依托光学读取与算法抗扰，在高速旋转下无失真、无延迟。 该产品使用不同的空心杯电机。

值得一提的是，光码未 来通过自研光像技术，改变了 高端光学编码器高度依赖进口专用芯片和精密光刻工艺的现象，摒弃传统的精密光刻玻璃码盘，采用不锈钢码盘结合光学成像算法，从底层原理到生产制造的全链条自主可控，加速了国产替代。

中科半导体

今年4月，中科半导体发布的CT‑21X系列氮化镓（GaN）磁编码芯片，是国内首颗面向人形机器人关节的GaN 磁编码芯片。该芯片利用基于宽禁带 GaN 与 AlScN 铁电调控的优势，解决了人形机器人关节在高温、高精度、高动态和紧凑空间下的严苛需求。

即使在180℃的极端工况下，其角度精度、温漂、带宽及功耗等核心性能指标，依然优于传统的TMR传感器。官方给出一组数据：在180℃高温工况下，AlScN‑GaN 2DEG磁传感器的分辨率可达40nT，其磁场灵敏度达到传统TMR传感器的两倍以上。

根据介绍，CT‑21X系列还具备高精度与低延迟的特点，支撑高动态运动控制，角度精度稳定在30–100弧秒，温漂极低（0.01–0.03°/℃），最高分辨率达21bit。同时，其响应延时< 2μs，带宽高达1–5MHz，角度误差仅±0.1°。

CT‑21X系列最高支持30万转/分钟的检测需求，超高转速检测能力和极快的计算响应速度，能够从容应对从高速摆臂到精细操作的各种运动模式。

埃斯特磁

近期，埃斯特磁针对人形机器人灵巧手推出了专用的磁性编码器及芯片解决方案，具备微型化、高精度和高鲁棒性的特点。例如微型电缸用绝对式线性编码器ELS-004磁栅宽度6mm，读头尺寸：7 × 25 mm，采用SPI 接口。

ELS-004采用绝对式检测方式，可以直接读取位置信息，有效分辨率高达0.2 µm，重复性精度达到1 µm，适合需要精细控制的场景。该产品还采用了高信噪比TMR技术，能够在复杂的电磁环境中保持信号的纯净和稳定，从而保证了测量的高可靠性。

埃斯特磁ELS-004

弓望传感

2025年9月，弓望传感推出了RT-B/T系列电感式编码器。该产品基于电感原理，具备“超窄码道”与“超大中空”两大核心创新，解决了传统编码器在空间和布线上的局限。

官方介绍，RT-B/T系列电感式编码器超大中空设计，中空孔径最大可达95mm，允许动力线、信号线等从关节内部穿过。通过技术创新，弓望传感实现了超窄码道，在更小的直径上达成高精度，定子板宽度仅6.5mm，转子板宽度仅3mm。

弓望RT-B系列单编码器（图源弓望传感）

28mm外径以上的B系列产品集成了电池多圈绝对值功能。内置微型电池可在完全断电的情况下精确记录关节的绝对位置。解决了断电位置丢失的痛点，确保了机器人在突发断电情况下的位置数据安全。

极海半导体

极海半导体已经推出了多款基于APM32E030 / F402 / F103工业级 MCU的多款协议转换型编码器参考方案，此外其推出的G32R430编码器专用MCU，是针对人形机器人对高精度、小型化和低功耗的严苛需求而设计的。

根据介绍，G32R430编搭载Cortex-M52内核，主频高达128MHz，并内置自研的ATAN电角度计算扩展指令。单次电角度计算时间<1μs，核心链路（信号采样+计算）执行时间<3μs。其超低延迟特性确保了位置反馈的实时性，满足了人形机器人对高速实时控制的核心要求。

G32R430内置2个16位高精度 ADC（有效位≥13.5-bit），配合多维TMR磁头，单对极磁钢理论角度精度优于0.0155°，真实分辨率高达16+N位。人形机器人的灵巧手和精密关节需要感知微小的位置变化。高精度 ADC和算法补偿能力（如温度、角度补偿）保证了机器人运动的控制精度和稳定性。

该产品还具备低功耗与小型化优势，芯片Stop模式功耗<15μA，Standby模式功耗<2μA。基于该芯片的编码器方案静态平均功耗约14μA，使用1100mAh电池寿命可达7年以上。采用UFBGA64、QFN等小型封装，方案板直径仅35mm，可应用于最小40mm法兰的伺服电机中。

编码器技术升级：从微型化到全链条自主，突破精度与耐温极限

从上述代表性编码器以及最新推出的产品可以看到，编码器行业的创新正朝着更小体积、更高精度、更强环境适应性以及完全自主可控的方向全面加速。

一是结构形态的极致微型化与高集成度

为了适应人形机器人关节极其狭小的内部空间，编码器通过二合一高度集成、小型封装等方式正在向“更小、更薄、更紧凑”演进。

例如海德汉KCI 120 Dplus采用双编码器技术，实现了极高的空间利用率。迈来芯电感式编码器芯片做到了小于3毫米的超薄厚度；埃斯特磁的ELS-004读头尺寸仅为7×25mm。极海半导体的G32R430通过单芯片高集成度设计，实现方案板直径仅35mm。

二是新材料应用，超高精度与超低延迟特性突破

为了满足机器人高速运动控制和精细操作的需求，编码器的动态性能指标在不断突破极限。

迈来芯MLX90520达到了22位分辨率，中科无线CT-21X达到21bit，海德汉KCI 120 Dplus单圈分辨率为20位。

在极低延迟与高带宽方面，中科无线CT-21X的环路计算延时小于0.2ns，响应延时<2μs；极海G32R430的电角度计算时间<1μs。这种毫秒甚至微秒级的实时反馈，是保障机器人动态平衡和柔顺控制的关键。中科无线利用GaN材料，突破了编码器的精度等特性。

三是提升了编码器的灵活适配性

为了配合机器人的内部走线和不同关节的尺寸差异，例如超大中空与贯通轴：弓望传感RT-B/T系列提供了最大95mm的中空孔径，光码未来也推出了支持贯通穿线的中空轴结构，完美适配大扭矩关节和复杂的内部布线需求。

模块化与可定制：迈来芯的平台支持从20mm手腕到200mm躯干关节的无缝扩展；光码未来提供8-26mm外径的连续可定制服务，精准填补了空心杯电机等微型场景的市场空白。

四是感知技术的多元化与供应链的自主可控

传统单一技术路线正在被打破，除了主流的磁编（TMR/GMR）和光编外，电感式编码器凭借抗磁场干扰能力和对油污、灰尘的不敏感性，成为强磁环境下的优选方案。新材料与新工艺应用方面，中科无线引入GaN提升耐高温与抗辐照能力，光码未来采用不锈钢码盘替代玻璃光栅，大幅提升了光学编码器的抗振动和抗冲击能力。

面对高端传感器长期依赖进口的局面，国内厂商正在加速底层技术的自主研发与全链条突破。

例如，光码未来通过自研“光像技术”，摆脱了对进口专用芯片和精密光刻工艺的依赖；GaN技术应用实现了从材料到器件的自主可控。

小结：

人形机器人产业的爆发式增长，推动了上游产业链产能飙升与订单火爆。在市场需求驱动下，编码器技术迭代全面加速。为了适应机器人狭小空间与复杂工况，行业正向极致微型化、高集成度演进，并不断突破精度与响应速度的极限。同时，电感式等具备强抗干扰能力的新技术路线脱颖而出，国内厂商也在底层材料与工艺上持续创新，加速实现高端编码器的国产化替代与自主可控。