具身智能，這一承載著將AI賦予物理實(shí)體的宏大愿景，正站在從實(shí)驗(yàn)室突破走向產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵路口。根據(jù)Markets and Markets報(bào)告，人形機(jī)器人市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2024年的20.3億美元增長(zhǎng)到2029年的132.5億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）高達(dá)45.5%。2025年，全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將突破85億美元,這一驚人的增長(zhǎng)預(yù)測(cè)背后，是行業(yè)對(duì)能夠執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的智能機(jī)器人日益增長(zhǎng)的需求。

在這一產(chǎn)業(yè)浪潮中，解決核心物理挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)正不斷涌現(xiàn)，并獲得業(yè)界的高度認(rèn)可。近日，ADI的兩款核心器件便斬獲殊榮，其中TMC9660高集成硬件智能伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片榮獲“年度優(yōu)秀電機(jī)控制技術(shù)產(chǎn)品獎(jiǎng)”，而ADMT4000—單芯片角度和多圈編碼器位置傳感器則摘得“年度優(yōu)秀AI機(jī)器人創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)”。這兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)不僅是對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新的肯定，更精準(zhǔn)地指向了具身智能從實(shí)驗(yàn)室邁向商業(yè)化應(yīng)用所必須攻克的技術(shù)難點(diǎn)。

目前，運(yùn)動(dòng)控制、環(huán)境感知、多體協(xié)作、芯片小型化及功耗續(xù)航等，是具身智能落地過(guò)程中環(huán)環(huán)相扣的難題。要知道，頂尖的AI算法必須運(yùn)行在同樣卓越的物理硬件基礎(chǔ)之上，而感知、控制與連接，正是構(gòu)建這一基礎(chǔ)的核心關(guān)鍵。

徹底擺脫“斷電失憶”

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的精確性與可靠性，始于對(duì)每一個(gè)關(guān)節(jié)當(dāng)前絕對(duì)位置的精確感知。尤其是在意外斷電重啟后，快速恢復(fù)位置信息的能力，是衡量其性能的核心指標(biāo)。

在這方面，傳統(tǒng)方案各有瓶頸，其中“齒輪組+單圈編碼器”的機(jī)械式方案，存在機(jī)械磨損與背隙，長(zhǎng)期運(yùn)行影響精度，且結(jié)構(gòu)笨重，與人形機(jī)器人追求的輕量化相悖；“備用電池+存儲(chǔ)器”的電子方案則引入了電池壽命、維護(hù)更換等問(wèn)題，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和長(zhǎng)期擁有成本；而基于韋根（Wiegand）效應(yīng)的方案在某些工況下，尤其是在圈數(shù)累積較多或轉(zhuǎn)速變化劇烈時(shí)，存在發(fā)生圈數(shù)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)（即“丟圈”現(xiàn)象），這對(duì)于要求高可靠性的機(jī)器人應(yīng)用是不可接受的。

為從根本上克服這些挑戰(zhàn)，ADI推出了ADMT4000單芯片多圈位置傳感器。其核心技術(shù)突破在于利用磁疇壁在磁性納米導(dǎo)線中的可控傳播，實(shí)現(xiàn)了完全無(wú)源（無(wú)供電）狀態(tài)下的多圈位置信息記錄。這意味著，即使在系統(tǒng)完全斷電期間關(guān)節(jié)發(fā)生了運(yùn)動(dòng)，ADMT4000內(nèi)部的物理狀態(tài)也會(huì)隨之改變并被保留。當(dāng)系統(tǒng)重新上電時(shí)，只需一次簡(jiǎn)單的讀取，即可立即獲知橫跨46圈測(cè)量范圍的絕對(duì)位置，精度高達(dá)±0.25度。這種上電立即知位的特性，徹底省去了繁瑣的歸零校準(zhǔn)，極大提升了機(jī)器人的作業(yè)效率和系統(tǒng)的魯棒性。

除了在人形機(jī)器人關(guān)節(jié)中的核心應(yīng)用，ADMT4000憑借其無(wú)源、多圈、高可靠性的特點(diǎn)，在工業(yè)協(xié)作機(jī)器人、起重機(jī)拉線式編碼器，乃至汽車(chē)安全帶卷收器和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等對(duì)安全性和可靠性要求極高的場(chǎng)景中，也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

從復(fù)雜算法到高效集成的硬件化運(yùn)動(dòng)控制

擁有了精確的感知，如何將其轉(zhuǎn)化為平順、高效的物理動(dòng)作，是運(yùn)動(dòng)控制的核心。磁場(chǎng)定向控制（FOC）因其出色的轉(zhuǎn)矩控制和平穩(wěn)運(yùn)行特性，已成為高性能伺服系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但其復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)和參數(shù)調(diào)試過(guò)程，對(duì)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)構(gòu)成了巨大的軟件工程負(fù)擔(dān)，往往耗費(fèi)大量研發(fā)資源，并延長(zhǎng)了產(chǎn)品上市周期。

TMC9660子系統(tǒng)圖

對(duì)此，ADI高集成單片伺服驅(qū)控芯片TMC9660將工程師從這種復(fù)雜性中解放出來(lái)，同時(shí)也有效解決了機(jī)器人設(shè)計(jì)中空間、效率與控制精度之間的矛盾。這款芯片內(nèi)部集成了MCU、70V/2A智能柵極驅(qū)動(dòng)器（GDRV）、LDOs及Buck轉(zhuǎn)換器，開(kāi)發(fā)者僅需外置功率MOSFET即可構(gòu)成完整的伺服驅(qū)動(dòng)單元。這種高度集成的設(shè)計(jì)，極大地簡(jiǎn)化了關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的硬件電路，為機(jī)器人靈巧手等狹小空間內(nèi)的多自由度控制提供了可能。

更重要的是，通過(guò)將控制算法硬件化，TMC9660支持高達(dá)100kHz的伺服環(huán)路控制及8點(diǎn)Ramp軌跡發(fā)生器，確保了機(jī)器人動(dòng)作的高效、精準(zhǔn)與平順，讓開(kāi)發(fā)者能從繁瑣的底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)中解放出來(lái)，更專(zhuān)注于上層應(yīng)用與智能化算法的創(chuàng)新。

構(gòu)建高效的機(jī)器人通信架構(gòu)

具身智能機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的分布式系統(tǒng)，其“大腦”需要實(shí)時(shí)處理來(lái)自全身各處的海量數(shù)據(jù)，并向“四肢”下達(dá)協(xié)同指令。這就要求其內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)必須具備高帶寬、低延遲和高可靠性，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)布線復(fù)雜的挑戰(zhàn)。ADI為此提供了一套針對(duì)性的通信連接解決方案。

在數(shù)據(jù)處理的核心層，作為一款具有低延遲特性的低功耗、單端口、千兆以太網(wǎng)收發(fā)器，ADIN1300提供了高速數(shù)據(jù)交換的主干道，并確保了機(jī)器人從感知到行動(dòng)的實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵以及續(xù)航力能。并且ADIN1300集成了高能效以太網(wǎng)(EEE)物理層器件(PHY)內(nèi)核以及相關(guān)的通用模擬電路、輸入和輸出時(shí)鐘緩沖、管理接口和子系統(tǒng)寄存器以及MAC接口和控制邏輯，以便管理復(fù)位和時(shí)鐘控制以及引腳配置。

而對(duì)于攝像頭、激光雷達(dá)等高帶寬的感知數(shù)據(jù)接入，ADI的GMSL技術(shù)提供了極為高效的方案。以MAX96717與MAX96724為例，它們能通過(guò)單根輕便的同軸電纜或屏蔽雙絞線，長(zhǎng)距離傳輸實(shí)時(shí)、未壓縮的視頻與傳感器數(shù)據(jù)，并同時(shí)承載控制信號(hào)與遠(yuǎn)端供電。這項(xiàng)技術(shù)極大地簡(jiǎn)化了機(jī)器人復(fù)雜傳感器系統(tǒng)的布線，有效減輕了機(jī)械臂等運(yùn)動(dòng)部件的重量和慣量。

而在連接遍布全身的傳感器與執(zhí)行器時(shí)，SPE技術(shù)則展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。ADI提供了多種SPE產(chǎn)品組合，例如基于10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)的ADIN1100 PHY、ADIN1110 MAC-PHY及ADIN2111雙端口交換機(jī)，支持在單根雙絞線上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離連接和菊花鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)，有效減少了機(jī)器人臂內(nèi)的線束數(shù)量；而基于10BASE-T1S標(biāo)準(zhǔn)的AD330x系列產(chǎn)品，則支持在短距離總線上掛載多個(gè)設(shè)備，進(jìn)一步簡(jiǎn)化高密度節(jié)點(diǎn)的連接拓?fù)洹?/p>

從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的，具身智能發(fā)展離不開(kāi)底層硬件技術(shù)的托舉。ADI正通過(guò)一系列高性能解決方案直面產(chǎn)業(yè)核心痛點(diǎn)，將宏大的具身智能構(gòu)想，落實(shí)為產(chǎn)業(yè)化道路上堅(jiān)實(shí)可靠的每一步，與全球合作伙伴共同迎接一個(gè)更智能、更高效的機(jī)器人時(shí)代。