峰岹科技首席技能官毕超博士于11月5日的“2024全世界CEO首脑峰会”上，缭绕“具身呆板人对于机电节制芯片的挑战”的主题，分享了人形呆板人用微型机电确当前面对的一些技能难点及解决方案。

具身人形呆板人的特色是自由度(DOF)很年夜，一个自由度象征着一个伺服机电，从峰岹的角度来看就是一颗芯片，呆板人的机电与家用电器的机电差别，前者要求机电的相应很是极快。

峰岹科技首席技能官毕超博士于11月5日的 2024全世界CEO首脑峰会 上，缭绕 具身呆板人对于机电节制芯片的挑战 的主题，分享了人形呆板人用微型机电确当前面对的一些技能难点及解决方案。他于演讲中指出，峰岹科技只干一件事 研发机电节制芯片。 此刻呆板人行业愈来愈火，咱们也应于此中有所作为。

人形呆板人的枢纽关头/DOF愈来愈多

按照毕超博士的先容，具身人形呆板人的DOF较多，而每个DOF代表一个伺服机电体系，这种呆板人还有需按照伺服指令做出快速、正确的相应。毕超博士以BostonDynamic的呆板狗、ASIMO、ARMAR-四、TeslaG-II为例，先容了这种人形呆板人的 灵巧手臂 的DOF愈来愈多的趋向。好比，BostonDynamic的呆板狗有12个枢纽关头(DOF)，ASIMO有34个DOF，ARMAR-4有63DOF，TeslaG-II的手臂有22个DOF(一只手11个DOF)。

此中，每个DOF对于应一个微型马达/机电，也一样需要一颗机电节制芯片，以是毕超博士认为，对于机电节制芯片提供商而言，呆板人灵巧手臂运用的机电越多，公司潜于的市场空间及机缘也就越年夜，这也是峰岹科技热中呆板人的重要缘故原由。

呆板人灵巧手臂对于微型机电有哪些要求？

固然，呆板人灵巧手臂对于机电的尺寸及转矩密度也提出了很是高的要求，同时它也会带来许多问题。一只像人手同样矫捷的灵巧手，需要27个DOF(8个DOF模仿腕骨，5个DOF模仿掌骨，14个DOF模仿指骨)。

如今，很多灵巧手臂中利用了空心杯马达，这种马达又称无铁芯机电、无齿槽机电。毕超博士以今朝业内主流的德国产的无齿槽机电为例，这种机电尺寸小、成本高，一个直径6毫米的机电售价高达1万人平易近币，假如一只灵巧手有27个DOF，仅机电的成本就跨越了20万人平易近币。云云昂扬的成本，必将会影响商用落地的速率。于面临以上问题，毕超博士提出一些要领 去失灵巧手中非须要的枢纽关头，好比中指最前真个枢纽关头。

除了了削减枢纽关头到达降成本的目的以外，灵巧手臂还有需要机电技能层面的撑持，由于呆板人手指的空间很是小，这要求机电尺寸要小、转矩密度要高。转矩密度是指机电于单元体积或者单元重量下能孕育发生的转矩，它是权衡机电设计效率及紧凑性的一个主要指标。高转矩密度象征着于不异体积或者重量下，机电可以或许提供更年夜的转矩。

今朝，各呆板人公司凡是采用 高速机电+微型周详齿轮箱 的方案，还有需共同高精度的微型转子位传感器，来实现减小机电体积的目的。毕超博士暗示，这些都是峰岹科技的研发标的目的。

此外，微型机电的反映速率也要快，只有如许呆板人灵巧手的动作才能丝滑且矫捷，这触及到每个枢纽关头的机电的协调运动。毕超博士演示了ASIMO的丝滑运动、东京年夜学建造的豁拳机械手DEMO的视频，反映了呆板人把人的功效放年夜后，可以实现人类做不到的工作。这需要微型机电节制体系，把机械臂的运动邃密化并快速放年夜。

于机电范畴，与 机电功率密度 的观点比拟较， 机电转矩密度 越发成心义。转矩密度是由机电的物理前提所决议的，例如：电磁布局，机电质料及机电尺寸。而功率密度则与机电的速率紧密亲密相干，当转矩越年夜机电的功率就会越年夜。

现实上，机电的转距、功率与节制模式有关，这也是为何于转矩很高的前提下，较小的机电也能实现较年夜的功率。一样，于体积很小的运用场景中，好比此刻的吸尘器机电可达15万转/分钟以上，呆板人机电一般于1万转/分钟以上，机电设计晋升转矩密度的难度要远高在功率密度。

传统机电中的转子有3层，包括转轴、铁芯、磁钢，定子有4层，包括齿顶、齿身、绕组、磁轭，同时定子及转子之间还有有气隙，因为径向条理许多，传统的交流永磁机电很难做到直径小在20妹妹。

而无槽机电/空心杯机电可以做到很是小尺寸，它的转子只有两层，包括铁芯、磁钢，定子也有两层，包括绕组、磁轭，虽然定子及转子之间仍旧有气隙，可是因为定子径向条理只有2层，可以实现直径为4妹妹的机电布局。

患上益在无槽机电的齿槽转矩小，对于转矩的节制可以比力精准。又因为电枢绕组的电感较小，机电节制的PWM频率必需较高。由于机电的气隙相对于较年夜，机电的转矩密度不高，会造成反映速率慢，以是当机电的直径越小时，该问题就会显患上越严峻。此外，毕超博士还有先容说，无槽机电的重要成本于绕组建造上。

具身呆板人对于微型伺服节制芯片的挑战

呆板人的枢纽关头就是微型伺服节制体系，凡是它与节制、传感器、马达/机电、齿轮箱有关。峰岹科技体贴的是节制与驱动，而如今于机电节制芯片中，往往还有集成为了位置传感器。这对于在节制体系的要求是：一方面，机电的尺寸要极小，同时转矩密度年夜；另外一方面，机电的精度要高。对于此，峰岹科技的年夜伺服节制体系的精度可做到17个bit以上，甚至更高，但小的伺服节制体系的精度为12bit。

机电节制芯单方面临挑战，需于尺寸及转矩上实现优化，确保机电于差别位置都能精准转换。此中，机电布局设计及芯片库的改良是要害，好比机电节制必需精准，传感器共同需实现快速、不变的相应，避免节制体系受损。

于动力及能耗均衡上，要降低芯片损耗，晋升机电机能。闭环节制算法及通信接口的繁杂性也是伺服节制体系需解决的问题。安全性方面，过载掩护及机电于极度前提下的耐用性是重点。

噪音及电磁滋扰节制对于多马达体系至关主要。成本节制也是挑战，以确保产物市场竞争力。于线参数辨识对于在机电康健监测极其主要，但计较量年夜且建模坚苦。需要经由过程电流、电压等数据，快速获取机电参数变化，这对于MCU硬件要求极高。对于此，峰岹科技的做法是于包管机能的同时，思量成本问题，防止芯片过在昂贵。

按照毕超博士的先容，现如今，峰岹科技已经从传统的单核运行转向双核运行，以差别焦点处置惩罚特定旌旗灯号，如一个焦点专门处置惩罚机电节制，另外一个处置惩罚通信及掩护等通用使命。如许，无需高制程的芯片技能便可实现高机能机电节制芯片。

值患上留意的是，面临于线参数辨识的需求，今朝双核已经显不足，于此基础上，峰岹科技正于思量采用三芯片方案 具备Tri-Core机电无感节制芯片架构。这重要是由于需要辨识的参数增多，包括磨擦系数及联系关系负载等，以和使用参数辨识来判定机电康健状态。

末了，毕超博士还有吐露，峰岹科技不寻求经由过程低纳米工艺芯片来加强机能，重要是思量到节制成本的问题。他指出，公司专注在为参数辨识添加一个专门的及时操作焦点。特别是对于无槽机电或者空心机电等新型机电来讲，这类架构对于机电节制体系提出了新的挑战。

而参数辨识对于高机能节制至关主要。思量到模子的繁杂性，多核架组成为解决成本及机能问题的有用路子。今朝，峰岹科技已经实现32位双核，此刻正致力在开发多核技能，以晋升呆板人伺服节制芯片的机能。

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