摘要：电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近来，人形机器人产业爆火，引发广泛关注。从系统构成来看，人形机器人需多种专用芯片协同工作，以实现复杂运动控制、感知交互和能源管理等功能。在系统控制方面，人形机器人需 CPU 或 GPU 等高算力芯片作为 “大脑”，处理多模态交互及
电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近来，人形机器人产业爆火，引发广泛关注。从系统构成来看，人形机器人需多种专用芯片协同工作，以实现复杂运动控制、感知交互和能源管理等功能。在系统控制方面，人形机器人需 CPU 或 GPU 等高算力芯片作为 “大脑”，处理多模态交互及环境感知数据；还需高算力、高集成的 MPU 或 MCU 芯片作为 “小脑”，优化机器人运动姿态与步态；同时，也需要高性能的 MCU 用于电机驱动或感知控制等环节，控制机器人动作执行与感知反馈。
先楫半导体执行副总裁兼市场销售负责人陈丹（Danny Chen）在接受电子发烧友网《人形机器人电机控制与传感》专题采访时表示，在人形机器人领域，先楫半导体目前虽没有 “大脑” 芯片，但能为机器人客户提供“小脑” 、关节伺服、实时通讯、感知控制等方面的芯片及解决方案。
贯通人形机器人控制链
先楫半导体是一家专注于高性能嵌入式解决方案的半导体公司，产品涵盖微控制器、微处理器和周边芯片，以及配套的开发工具和生态系统。该公司芯片主要采用 RISC-V 内核，是全球领先的 RISC-V 芯片公司。如陈丹所言，先楫半导体的方案已贯通从感知、通讯到运动、控制的整个控制链，致力于帮助机器人客户打造业界领先的人形机器人关节和神经。
在关节驱动方面，当前全球主流的人形机器人基本采用电力驱动方式。电机驱动芯片将主控芯片发出的信号转换为电机所需的驱动信号，实现对电机转速、扭矩和方向的控制。陈丹认为，关节是为人形机器人提供强劲动力的关键，不仅要求输出大扭矩，还需快速响应，且多个关节间要保持良好同步性。这就要求负责关节驱动的 HPM MCU 必须具备高算力、高实时性和集成实时通讯接口。其中，高算力和高实时性确保关节电机驱动能快速实现电流环控制、FOC、补偿和滤波等算法，快速输出所需力矩并到达目标位置；实时通讯如 CANFD、EtherCAT、TSN 等，能满足各种复杂工况下稳定、可靠、实时的通讯需求，契合关节驱动要求。
人形机器人的神经主要指机器人体内的通讯系统，用于实现各模块间通信。常见的总线通信技术有控制器局域网络（CAN）、以太网控制自动化技术（Ether CAT）、串行外设接口（SPI）、集成电路总线（I2C）总线等。陈丹指出，通讯系统负责传递“大脑”和“小脑”计算出的各个控制指令，反馈各个传感器、关节驱动等检测到的信息和状态等，高速、低延时、稳定的体内通讯系统至关重要。先楫半导体的 HPM6E00 系列 MCU 是工业网络通讯 MCU，集成了 USB、CANFD、Ether CAT、千兆以太网控制器和 TSN交换机，能满足人形机器人的各种通信需求。例如，其中 EtherCAT 的延迟可小至 us 级，抖动达 ns 级，可作为各个关节之间、灵巧手之间的通信网络；TSN（时间敏感网络）作为国内外广受关注的下一代高实时性网络通讯技术，可以兼顾数据传输的高带宽和确定性及可靠性，有望在未来人形机器人中获得广泛应用。。
（先楫半导体MCU芯片在机器人领域的应用）
人形机器人用到的传感器种类众多，包括视觉、力矩、雷达、位置、惯性测量单元（IMU）等。要实现高效的感知和运动控制，需对这些传感信息进行处理和传输。陈丹称，由于人形机器人的传感器分布于全身各处，且输出方式各异，所以需用 MCU 将传感器信息转换并及时传送到“大脑”、“小脑”和各个执行器。先楫半导体的 HPM5000 系列 MCU 具有 480MHz 主频、16 位高精度 ADC、丰富的 CAN、UART 接口，非常适合作为分布式的传感器处理 MCU。
为人形机器人提供高效电机驱动方案
综上所述，先楫半导体能够为人形机器人提供高算力、高性能运动控制、高实时通讯、高集成度及小型化、高安全和高可靠性的控制方案，凭借这 “5 高” 特性赋能人形机器人发展。之所以能做到这些，是因为先楫半导体针对机器人的关键特性对自身芯片和方案进行了专门优化。
以本期专题聚焦的电机控制应用展开。先楫半导体的目标是成为伺服行业国产 MCU 第一品牌，为伺服驱动客户提供丰富的产品规划。例如，适合做驱显一体的 HPM6400 和 6700 系列，适合做多轴控制的 HPM6200 系列，适合做编码器的 HPM5300 系列，适合做总线伺服的 HPM6E00 系列，还有先楫半导体预计将于3月底发布的适合做高性能脉冲伺服的新产品 HPM6P00 系列等。相较于传统机器人的电机控制，人形机器人的电机控制具有高响应特性、高集成度、高功率密度等特点，先楫半导体针对这些特性进行了专项优化。
（先楫半导体产品图）
要实现人形机器人毫秒甚至微妙级的高响应特性，对 MCU 整体提出了更高要求，如更快的执行速度、更快电流采样、更快的 SVPWM 发波等。为满足人形机器人电机控制需求，先楫半导体在 HPM6E00 和 HPM6P00 系列中嵌入硬件电流环，将电流环执行时间从传统的 10us 缩短至 200ns 左右，提升幅度达百倍以上。
要满足人形机器人紧凑的布局要求，尤其是在手或脚的末端，电机驱动器必须具备高集成度。在传统的总线型工业电机控制或关节上，主控芯片采用 MCU+FPGA+ESC+PHY 的形式，有 5 个大尺寸芯片。而先楫半导体在 2025 年 CES 上新推出的机器人关节专用芯片 HPM6E8Y，将 5 颗大尺寸芯片集成于一颗芯片，极大地节省了空间。特别值得一提的是，HPM6E8Y 是全球首款集成 ESC 和 PHY 的高性能 MCU。
为使人形机器人具备更强续航能力，对电机驱动提出了高效和高功率密度的要求。高载波是提高电机驱动功率密度的有效手段之一，可缩小感性器件的尺寸和质量，但也对控制 MCU 提出了更高算力要求。先楫半导体的 HPM6E00 和 HPM6P00 系列产品的高算力 CPU、硬件电流环、2MSPS 的 ADC 等，都能有效提升控制器的实时运算能力，有利于提高载波频率，进而提升关节驱动的功率密度。
全方位、全产业链的机器人布局
中国电子学会预计，2030 年中国人形机器人市场规模有望突破 8700 亿元，成为继新能源汽车后的新万亿级终端市场。先楫半导体凭借性能领先的芯片和方案，有望在快速增长的人形机器人市场取得佳绩。
当然，陈丹特别强调，先楫半导体并非因近期人形机器人产业大热才开始布局该领域，而是凭借在机器人市场全方位、全产业链的布局，自然成为人形机器人方案商的优质选择之一。
先楫半导体在机器人领域布局较早，且采用全方位、全产业链的布局方式。全方位是指先楫半导体自成立之初就聚焦机器人产业，从工业机臂、协同机械臂、AMR 移动机器人、服务机器人到近期火热的四足机器人和人形机器人；全产业链是指先楫半导体不仅支持机器人整机厂家，也支持关节模组、编码器、传感器、自动化集成商等产业链上下游企业。
此外，陈丹在采访中提到，作为国产高性能 RISC-V 内核 MCU 芯片供应商，先楫半导体不仅实现了芯片性能领先，还在生态系统、开发工具和资源方面提供完备支持。例如，在开发工具方面，先楫半导体提供了完善的开发工具，如不断优化的 SDK，其中包含各种外设的底层驱动、中间件等，还有丰富的例程，涵盖音频、电机驱动、AI 等领域；在开发资源方面，先楫半导体不仅自身提供各种接近量产级的方案，还有众多专业合作伙伴，能协助客户快速开发产品，大幅缩短产品上市时间。
来源：核芯产业观察
