電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）當(dāng)前，人形機(jī)器人已成功從實(shí)驗(yàn)室邁向?qū)嶋H應(yīng)用，展現(xiàn)出穩(wěn)定行走、初步交互以及執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力。現(xiàn)階段，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于 “技術(shù)突破 - 場(chǎng)景驗(yàn)證 - 量產(chǎn)爬坡” 的關(guān)鍵時(shí)期，預(yù)計(jì) 2025 年至 2027 年為行業(yè)發(fā)展的窗口期，2027 年之后將迎來(lái)真正的爆發(fā)。《人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》預(yù)測(cè)，到 2035 年，中國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 3000 億元。

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，ADI 運(yùn)動(dòng)與機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用總監(jiān) Dara O’Sullivan 表示，Analog Devices, Inc.（ADI）預(yù)計(jì)，人形機(jī)器人市場(chǎng)的增長(zhǎng)將相應(yīng)帶動(dòng)對(duì) ADI 行業(yè)領(lǐng)先方案需求的增加。相關(guān)產(chǎn)品與方案涵蓋：磁性角度傳感器、3D 感知和慣性傳感器產(chǎn)品、緊湊型多通道傳感器到比特 ADC、單芯片 BLDC 電機(jī)控制器、電池管理解決方案、高效電源解決方案以及有線 / 無(wú)線連接解決方案等。

ADI運(yùn)動(dòng)與機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用總監(jiān)Dara O’Sullivan

在人形機(jī)器人方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，芯片是硬件的核心所在。例如，人形機(jī)器人需要協(xié)調(diào) 20 至 50 個(gè)自由度，芯片需支持實(shí)時(shí)控制算法和軌跡規(guī)劃模型；又如，針對(duì)人形機(jī)器人傳感器信號(hào)處理等特定需求，芯片可助力實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，并適配功能安全標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和任務(wù)可靠性。Dara O’Sullivan 指出，人形機(jī)器人包含諸多不同尺寸和規(guī)格的關(guān)節(jié)，需要進(jìn)行精準(zhǔn)控制。從人形機(jī)器人腿部的大功率、大型關(guān)節(jié)，到手部和手指的小型精細(xì)關(guān)節(jié)，這些關(guān)節(jié)的控制需求各異。多數(shù)情況下，這些關(guān)節(jié)采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的低壓無(wú)刷直流電機(jī)，并配備齒輪箱。而在某些特定關(guān)節(jié)（如肘部和膝部），則會(huì)使用線性驅(qū)動(dòng)裝置。緊湊且高效的設(shè)計(jì)是這些系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是與傳統(tǒng)電機(jī)控制的主要區(qū)別。為此，ADI 研發(fā)了一系列單芯片、高度集成的電機(jī)控制解決方案，如 TMC9660，專門(mén)滿足這一領(lǐng)域的需求。

TMC9660 是一款高度集成的單片柵極驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)控制器 IC，內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器。其具備智能柵極驅(qū)動(dòng)器、基于 FOC 伺服控制器的高性能硬件（速度、位置、斜坡生成器）、電機(jī)位置反饋接口。此外，它還包含一個(gè)強(qiáng)大且靈活的電源管理單元（PMU），以及一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和可編程低壓差（LDO）穩(wěn)壓器。為實(shí)現(xiàn)整體控制，并通過(guò) SPI 或 UART 與外部處理器通信，該芯片嵌入了預(yù)編程的 32 位微控制器。該處理器系統(tǒng)支持對(duì)所有電機(jī)控制外設(shè)的低級(jí)直接寄存器訪問(wèn)或高級(jí)參數(shù)模式訪問(wèn)，以拓展功能并提升易用性。

Dara O’Sullivan 認(rèn)為，人形機(jī)器人的電機(jī)控制解決方案將朝著更集成化、小型化和高效化的方向發(fā)展。這將促使對(duì)新型、可靠的基于氮化鎵（GaN）控制器的需求增長(zhǎng)，這些控制器能夠與緊湊型電源、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及低線數(shù)連接解決方案緊密融合。諸如 ADI 的信號(hào)鏈微型模塊這類緊湊型芯片產(chǎn)品集成將愈發(fā)重要。

如上文所述，除了應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制方面的方案，ADI 在人形機(jī)器人所需的傳感器和信號(hào)傳輸領(lǐng)域同樣擁有豐富的產(chǎn)品可供選擇。Dara O’Sullivan 特別提及無(wú)源多圈磁性角度傳感器、6 端口工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) ADIN6310，以及千兆多媒體串行鏈路（GMSL?）收發(fā)器。

其中，無(wú)源多圈磁性角度傳感器（如 ADI 的 ADMT4000）對(duì)人形機(jī)器人應(yīng)用至關(guān)重要。這些傳感器能夠在斷電后 “記憶” 關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全且具備自我感知能力的開(kāi)機(jī)功能。此外，ADI 的慣性傳感器和 3D 深度成像解決方案，能夠使人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、定位和環(huán)境感知。

而 ADI 的連接產(chǎn)品，如 6 端口工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) ADIN6310 以及千兆多媒體串行鏈路（GMSL?）收發(fā)器，能夠?qū)崿F(xiàn)高帶寬傳感器數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)的超低延遲傳輸，從而確保與人形機(jī)器人中央計(jì)算單元的高效通信。

結(jié)語(yǔ)

在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)邁向規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵階段，ADI 憑借其深度集成的單芯片方案、多類型傳感技術(shù)及高效連接解決方案，成為推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新的核心力量，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走、安全交互和復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。這些方案將推動(dòng)人形機(jī)器人向更智能、更敏捷的方向演進(jìn)，助力其從實(shí)驗(yàn)室走向更為廣闊的商業(yè)場(chǎng)景。