電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）在AI技術(shù)的快速發(fā)展下，國內(nèi)具身智慧機(jī)器人也在呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。而這些人形機(jī)器人在面對復(fù)雜應(yīng)用場景時，對相關(guān)芯片的要求也提出了更大的挑戰(zhàn)。

日前，由中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會集成電路設(shè)計分會、芯原股份共同主辦的第十五屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇在東莞松山凱悅酒店舉行，主題為面向“具身智慧機(jī)器人”的創(chuàng)新IC新品推介。

思特威SC533HGS：賦能高端機(jī)器視覺的高性能全局快門圖像傳感器

思特威（上海）電子科技股份有限公司高級銷售總監(jiān)宗翔介紹了公司面向機(jī)器人的CMOS圖像傳感器SC533HGS。思特威認(rèn)為，智能機(jī)器人在實際的工作中需要不斷與現(xiàn)實世界進(jìn)行交互，清晰、準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定的視覺感知能力，是幫助機(jī)器人完成避障、定位等現(xiàn)實交互的關(guān)鍵，如同機(jī)器人的“電子眼”。

具身機(jī)器人應(yīng)用中圖像傳感器常見規(guī)格分為兩類：主攝和避障。主攝負(fù)責(zé)通過拍攝到的圖像判斷前方是什么物體，從而決定下一步的操作，比如說機(jī)械手或腿該進(jìn)行什么操作，以2-8MP 大靶面產(chǎn)品、Rolling Shutter & Global Shutter傳感器為主。避障主要是通過3D立體視覺的方式來提供深度信息，讓機(jī)器人知道前面是否有障礙物，障礙物的大小等，進(jìn)行下一步動作的判斷，以0.3-1.3MP 小靶面產(chǎn)品，Global Shutter傳感器為主。

思特威此次介紹的SC533HGS是在2024年12月推出的新品，可用于機(jī)器人主攝應(yīng)用。產(chǎn)品基于SmartGS?-2 Plus技術(shù)平臺打造。相較于行業(yè)一般是200萬至300萬的像素水平，SC533HGS的像素達(dá)到500萬，適合大角度全景式的拍攝，尺寸做到了行業(yè)最小，為2.2μm。

基于SmartGS?-2 Plus技術(shù)平臺，思特威推出了SC038HGS/SC133HGS/SC132GS等產(chǎn)品，可用于機(jī)器人避障應(yīng)用。產(chǎn)品具備高感度、成像無畸變、高動態(tài)范圍、高幀率、超高快門速度(PLS>40000)的特點(diǎn)。

宗翔介紹，思特威的SmartGS?技術(shù)基于BSI平臺工藝打造，采用了全局快門(Global Shutter)架構(gòu)+背照式像素架構(gòu)(BSI)。在創(chuàng)新電壓域設(shè)計架構(gòu)的支持下，思特威的產(chǎn)品兼具高感度、高動態(tài)范圍、高幀率等多項性能優(yōu)勢，其出色的成像效果可充分滿足多種不同類型智能機(jī)器人的避障識別與3D定位感知需求，幫助機(jī)器人實現(xiàn)精準(zhǔn)現(xiàn)實交互。

公司聯(lián)合其全資子公司飛凌微推出了雙目深度視覺解決方案，基于思特威全局快門CIS SC133HGSI+飛凌微AI SoC芯片A1 AI SoC，滿足色彩圖像處理和深度計算要求適用于機(jī)器人、機(jī)器狗等具身智能應(yīng)用。

機(jī)器人在實際的工作中需要不斷與現(xiàn)實世界進(jìn)行交互，清晰、準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定的視覺感知能力，是幫助機(jī)器人完成避障、定位等動作的關(guān)鍵。思特威SC533HGS以高感度、高動態(tài)范圍和高幀率為亮點(diǎn)，堪稱‘機(jī)器眼’的標(biāo)桿產(chǎn)品，為高速場景下的目標(biāo)檢測和追蹤注入新能量。

匠芯創(chuàng)科技M700：機(jī)器人關(guān)節(jié)的高性能實時處理器到控制算法的生態(tài)閉環(huán)

廣東匠芯創(chuàng)科技有限公司市場總監(jiān)徐勇詳細(xì)介紹了公司帶來的機(jī)器人關(guān)節(jié)的高性能實時處理器M7000系列，以及控制算法。

廣東匠芯創(chuàng)科技有限公司成立于2019年，立足于RISC-V SoC芯片設(shè)計、工業(yè)控制、多媒體人機(jī)交互、人工智能等核心技術(shù)，已經(jīng)推出了M6800系列、M73E00系列、M76E00系列、M7300系列、M7600系列、M73P00系列、M76P00系列等產(chǎn)品，布局工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，覆蓋變頻、伺服、光伏能源、智能控制、PLC、家電、通訊、數(shù)字電源等及支持工業(yè)智能化的多個應(yīng)用場景。

匠芯創(chuàng)科技能夠提供個性化芯片與方案定制，公司正在與頭部企業(yè)緊密進(jìn)行合作。其產(chǎn)品可以用在人形機(jī)器人、特種機(jī)械手、工業(yè)機(jī)器人、AGV移動機(jī)器人等不同的領(lǐng)域。例如M76P08、M7605可以用在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)，支持超高速通信；M7303、M6801可以用在特種機(jī)械手，支持電機(jī)驅(qū)動。

工業(yè)控制系列MCU產(chǎn)品（M76P,73P/76,73/76E,73E）采用2*RISC-V 552MHz，RV32IMAFDCP指令架構(gòu)，支持緊耦合存儲（TCM），擁有CORDIC、EtherCAT等豐富的功能模塊。例如M76/73系列提供了I2C、USB、EMAC、PBUS等豐富的總線接口。

匠芯創(chuàng)科技不僅僅提供芯片產(chǎn)品，還提供了高性能HCL算法（Clark、Park、高級補(bǔ)償算法等）。徐勇進(jìn)一步介紹，公司的算法具備超高速、高帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、控制精度高，以及高頻信號處理能力，還能縮短控制周期。

“超高速方面，我們能夠做到300ns運(yùn)行時間，相比軟件算法運(yùn)行時間節(jié)省90%，也就是說，我們現(xiàn)在算法時間相對傳統(tǒng)電路算法時間，僅僅需要1/10的時間。在高帶寬方面，能做到3.5K赫茲以上，相比軟件算法提高45%”。

匠芯創(chuàng)科技還提供產(chǎn)品級的參考設(shè)計，包括EtherCAT總線/脈沖伺服驅(qū)動器方案、總線低壓伺服/總線步進(jìn)驅(qū)動器(開環(huán)/閉環(huán))、低壓伺服驅(qū)動器、步進(jìn)驅(qū)動器(開環(huán)/閉環(huán))、電動助力轉(zhuǎn)向方案等方案。

為了保證產(chǎn)品的高可靠性、高性能，匠芯創(chuàng)科技提供產(chǎn)品級測試的方案。徐勇舉例，在可靠性測試方面，可以提供ESD測試、EFT測試、雷擊浪涌測試、高低溫測試等。

匠芯創(chuàng)科技的M7000首次提出“理器到算法閉環(huán)”的系統(tǒng)思維，解決了過去芯片只負(fù)責(zé)性能、忽略了控制邏輯的問題，為機(jī)器人控制系統(tǒng)提供了一體化新范式。徐勇透露，公司在明年還會推出更優(yōu)秀的產(chǎn)品和芯片，面向工業(yè)自動化和具身智能方面的一些應(yīng)用。

昆泰芯KTM5900:高精度智能磁性傳感器芯片賦能機(jī)器人與自動化

專注于智能傳感器芯片研發(fā)的泉州昆泰芯微電子科技有限公司 CEO武建峰博士介紹了公司的高精度智能磁性傳感器芯片KTM5900。

昆泰芯微電子產(chǎn)品以磁性傳感器芯片為龍頭，產(chǎn)品線包括磁性傳感器芯片、高性能傳感信號調(diào)理芯片、光學(xué)傳感器芯片以及溫度傳感器芯片等，其中3D霍爾芯片、高精度低延時角度TMR編碼器芯片、近零功耗磁性開關(guān)等均為世界領(lǐng)先水平。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)器人與自動化、智能人機(jī)交互、新能源及智能汽車等領(lǐng)域。

機(jī)器人的本質(zhì)是一個有智能的物理設(shè)備，感知功能是其核心功能。他提到，機(jī)器人對傳感器有四大要求：廣度、可靠度、速度、精度。編碼器作為其中一種關(guān)鍵傳感器，在滿足這些要求方面發(fā)揮著重要作用。

武建峰博士提到，編碼器芯片有三大原理：磁性編碼器原理、光學(xué)編碼器原理、電感編碼器原理。編碼器芯片主要用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的位置、速度反饋，以及靈巧手的精細(xì)操作控制，是實現(xiàn)低延遲(如5ms以下)感知-決策-執(zhí)行閉環(huán)的關(guān)鍵硬件。

在人形機(jī)器人中，為了實現(xiàn)對運(yùn)動狀態(tài)的精準(zhǔn)感知與控制，系統(tǒng)內(nèi)部至少需要配備數(shù)十個編碼器，用于實時采集各個關(guān)節(jié)的位置、速度和角度信息。具體來看：每個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2個編碼器，典型需要14個關(guān)節(jié)14個編碼器；每個線性關(guān)節(jié)1個編碼器，典型需要14個關(guān)節(jié)有4個編碼器；每只手有6個編碼器，雙手需要12個編碼器。

僅從上述典型配置來看，一個人形機(jī)器人就至少需要44個編碼器，而隨著自由度增加或控制精度提升，實際所需數(shù)量還可能進(jìn)一步增長。這也對編碼器提出了更高的要求。特別是低延遲，“因為機(jī)器人都要衰老了，機(jī)器人的關(guān)節(jié)還沒有感知到，這是不行的”，武建峰博士特別指出。

此外還有成本的挑戰(zhàn)，“現(xiàn)在用最便宜的磁鐵+芯片+結(jié)構(gòu)，整個編碼器做下來都要100元、200元。整個機(jī)器人成本，想要走進(jìn)工廠的話，大概是兩年普工的工資，如果低于這個成本（企業(yè)）就愿意用，高于這個成本就不愿意用。”他進(jìn)一步提到。

昆泰芯推出了編碼器創(chuàng)新解決方案KTM5900，具備以下優(yōu)勢：一鍵實現(xiàn)自校準(zhǔn)、兩級256點(diǎn)查表、線性/非線性補(bǔ)償、0.05°精度、TMR技術(shù)，能夠滿足一鍵閉環(huán)自校準(zhǔn)，修正由于磁鐵、安裝等引入的誤差。此外，該產(chǎn)品已經(jīng)通過功能安全性要求，具備2M采樣速率SAR ADC，適用于高精度多對級磁鐵離軸中空編碼器等場景。

針對有高速需求，推出了創(chuàng)新解決方案 KTH78系列，這是一顆高速高分辨率霍爾角度傳感器芯片，采樣率，輸出頻率達(dá)到能夠達(dá)到1μS的速度。

此外，公司也做了光學(xué)編碼器方案，但光學(xué)編碼器面臨粉塵、灰塵等問題，公司也在針對這些問題進(jìn)行改進(jìn)。同時，公司也正在研發(fā)電感編碼器解決方案KTL91系列，產(chǎn)品精度優(yōu)于 ±50 弧秒，能夠達(dá)到23bit分辨率，支持高達(dá) 60,000 rpm 速度。

武建峰認(rèn)為不會被某一個編碼器“統(tǒng)治”，而是會根據(jù)需求進(jìn)行適配。他提到機(jī)器人走進(jìn)家庭還有相當(dāng)長的一段時間，安全、成本、易生產(chǎn)性是三個關(guān)鍵要素。

鵬瞰半導(dǎo)體TS-PON Gen2：面向人形機(jī)器人的通感控一體全光網(wǎng)芯片

鵬瞰集成電路(杭州)有限公司（以下簡稱：鵬瞰半導(dǎo)體）首席市場營銷官江曉峰介紹了公司面向人形機(jī)器人的通感控一體全光網(wǎng)芯片TS-PON Gen2。

鵬瞰半導(dǎo)體致力于打造智能網(wǎng)絡(luò)和邊緣計算和控制的半導(dǎo)體解決方案，為智能制造和機(jī)器人、汽車和F5G等產(chǎn)業(yè)的下一波技術(shù)革命提供動力。鵬瞰半導(dǎo)體先進(jìn)的TS-PON架構(gòu)SoC為邊緣AI處理的需求量身定制。

江曉峰介紹，TS-PON 是新一代全光纖工業(yè)光總線技術(shù)，具備高帶寬、低功耗、豐富的接口、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)勢。它突破TSN/以太網(wǎng)核心瓶頸，具備更高實時性、更高可靠性的特點(diǎn)；同時TS-PON 基于無源光網(wǎng)PON，傳統(tǒng)方案100M，帶寬性能提升100M，低時延提升1000倍以上。低時延的性能對機(jī)器人來說尤為重要，因為機(jī)器人有著越來越多的傳感器數(shù)據(jù)、視覺數(shù)據(jù)需要實時處理。此外，跟以太網(wǎng)對比，TS-PON 還可以減少機(jī)器人內(nèi)部的線束和重量，實現(xiàn)降本。

江曉峰介紹了TS-PON 基本組網(wǎng)及外設(shè)透傳框圖。中央節(jié)點(diǎn)Core是通常來說是跟大腦或者小腦放在一起的，下面有各種各樣的Node（節(jié)點(diǎn)芯片）。Node可以接入各種各樣不同的設(shè)備，比如說攝像頭數(shù)據(jù)、Pcle、USB等，而整張網(wǎng)，實際上把所有不同的接口、協(xié)議等，轉(zhuǎn)換為光在上面進(jìn)行傳輸，且可以原來的形態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，最后拿到的SoC幾乎跟本地是一模一樣的。

江曉峰提到，在跟客戶對接時發(fā)現(xiàn)，越來越多的客戶對伺服有不同的需求，有的人可能是需要用FPGA來做，有的人可能是用mcu來做。為了滿足不同的市場需求，鵬瞰半導(dǎo)體推出了TS-PON Gen2。“這是一顆性能更高的芯片，增加MCU/CPU/ FPGA的標(biāo)準(zhǔn)接口。這樣的話這些設(shè)備都可以直接跟我們來進(jìn)行對接，我們就提供一個靈活的一張光網(wǎng)?！彼赋?。

在組網(wǎng)方面，機(jī)器人應(yīng)用的組網(wǎng)的要求也是比較特別，除了一個傳統(tǒng)的一種分光方式，它可能有菊花鏈，可能要有環(huán)網(wǎng)來組成一張網(wǎng)，甚至可能需要光從混合來進(jìn)行組網(wǎng)。TS-PON 支持分光，環(huán)網(wǎng)，菊花鏈及多種冗余拓?fù)洹?/p>

鵬瞰半導(dǎo)體已經(jīng)推出了VN111x SoC 、VN211x SoC 兩款TS-PON SoC。其中VN211x SoC是鵬瞰半導(dǎo)體正在研發(fā)且即將流片的Gen2 TS-PON Node芯片。適用于工業(yè)/機(jī)器人應(yīng)用的通用CPU/MCU。VN211x SoC對協(xié)議進(jìn)行了修改，減少對外圍器件的依賴性，同時進(jìn)行降本，增加了SM 4。預(yù)計在今年下半年回片。該芯片已被鵬瞰半導(dǎo)體的部分機(jī)器人客戶用于圖像傳輸和電機(jī)控制等領(lǐng)域。

在機(jī)器人內(nèi)部有很多線纜，內(nèi)部空間受限，特別是新一代智能機(jī)器人有著超復(fù)雜電機(jī)控制、越來越多傳感器接入等等。而鵬瞰半導(dǎo)體的TS-PON解決方案用光纖打通機(jī)器人的“任督兩脈”。因為一張網(wǎng)上既能夠傳輸高帶寬的USB數(shù)據(jù)，又可以傳輸控制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在一張網(wǎng)上傳輸，這也意味著機(jī)器人就是一條光纖線束，不僅線束輕了，機(jī)器人成本也降低了。

TS-PON Gen2將通信、感知與控制統(tǒng)一于一張全光網(wǎng)絡(luò)，是機(jī)器人體內(nèi)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的基礎(chǔ)設(shè)施升級，為構(gòu)建低延遲、高同步的‘類腦系統(tǒng)’提供了硬件支撐。

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