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)具身智慧機器人也在呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。而這些人形機器人在面對復(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“具身智慧機器人”的創(chuàng)新IC新品推介。

思特威SC533HGS：賦能高端機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器人的CMOS圖像傳感器SC533HGS。思特威認為，智能機器人在實際的工作中需要不斷與現(xiàn)實世界進行交互，清晰、準確、高效、穩(wěn)定的視覺感知能力，是幫助機器人完成避障、定位等現(xiàn)實交互的關(guān)鍵，如同機器人的“電子眼”。

具身機器人應(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，比如說機械手或腿該進行什么操作，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，讓機器人知道前面是否有障礙物，障礙物的大小等，進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。

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器人的避障識別與3D定位感知需求，幫助機器人實現(xiàn)精準現(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器人、機器狗等具身智能應(yīng)用。

機器人在實際的工作中需要不斷與現(xiàn)實世界進行交互，清晰、準確、高效、穩(wěn)定的視覺感知能力，是幫助機器人完成避障、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，堪稱‘機器眼’的標桿產(chǎn)品，為高速場景下的目標檢測和追蹤注入新能量。

匠芯創(chuàng)科技M700：機器人關(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)徐勇詳細介紹了公司帶來的機器人關(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)緊密進行合作。其產(chǎn)品可以用在人形機器人、特種機械手、工業(yè)機器人、AGV移動機器人等不同的領(lǐng)域。例如M76P08、M7605可以用在人形機器人的關(guān)節(jié)，支持超高速通信；M7303、M6801可以用在特種機械手，支持電機驅(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、高級補償算法等）。徐勇進一步介紹，公司的算法具備超高速、高帶寬、抗干擾能力強、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運行時間，相比軟件算法運行時間節(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/總線步進驅(qū)動器(開環(huán)/閉環(huán))、低壓伺服驅(qū)動器、步進驅(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責(zé)性能、忽略了控制邏輯的問題，為機器人控制系統(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)用于機器人與自動化、智能人機交互、新能源及智能汽車等領(lǐng)域。

機器人的本質(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器人關(guān)節(jié)的位置、速度反饋，以及靈巧手的精細操作控制，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。

在人形機器人中，為了實現(xiàn)對運動狀態(tài)的精準感知與控制，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，“因為機器人都要衰老了，機器人的關(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。整個機器人成本，想要走進工廠的話，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?！彼M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、兩級256點查表、線性/非線性補償、0.05°精度、TMR技術(shù)，能夠滿足一鍵閉環(huán)自校準，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，輸出頻率達到能夠達到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行改進。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，能夠達到23bit分辨率，支持高達 60,000 rpm 速度。

武建峰認為不會被某一個編碼器“統(tǒng)治”，而是會根據(jù)需求進行適配。他提到機器人走進家庭還有相當(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；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。低時延的性能對機器人來說尤為重要，因為機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?！斑@是一顆性能更高的芯片，增加MCU/CPU/ FPGA的標準接口。這樣的話這些設(shè)備都可以直接跟我們來進行對接，我們就提供一個靈活的一張光網(wǎng)?！彼赋觥?/p>

在組網(wǎng)方面，機器人應(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行組網(wǎng)。TS-PON 支持分光，環(huán)網(wǎng)，菊花鏈及多種冗余拓撲。

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)/機器人應(yīng)用的通用CPU/MCU。VN211x SoC對協(xié)議進行了修改，減少對外圍器件的依賴性，同時進行降本，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)體的部分機器人客戶用于圖像傳輸和電機控制等領(lǐng)域。

在機器人內(nèi)部有很多線纜，內(nèi)部空間受限，特別是新一代智能機器人有著超復(fù)雜電機控制、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，這也意味著機器人就是一條光纖線束，不僅線束輕了，機器人成本也降低了。

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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