電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）2025 年，全球 AI 與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正站在歷史性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上。在技術(shù)不斷迭代以及政策大力支持的雙重驅(qū)動(dòng)下，人形機(jī)器人這一先進(jìn)的產(chǎn)品形態(tài)正從實(shí)驗(yàn)室逐步邁向工廠、醫(yī)院乃至家庭，勢(shì)必深刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)的運(yùn)行模式。

在《人形機(jī)器人的電機(jī)控制和傳感器》專題中，瑞薩電子嵌入式處理器事業(yè)部高級(jí)經(jīng)理劉濤在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時(shí)表示，人形機(jī)器人被譽(yù)為 “人工智能 +” 的重要突破口。從結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，人形機(jī)器人主要由驅(qū)動(dòng)、感知、控制三大系統(tǒng)構(gòu)成，而芯片則是這三個(gè)系統(tǒng)的核心所在。在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及傳感融合等關(guān)鍵領(lǐng)域，瑞薩電子提供了豐富多樣的解決方案。

瑞薩電子嵌入式處理器事業(yè)部高級(jí)經(jīng)理劉濤

瑞薩電子在人形機(jī)器人控制和驅(qū)動(dòng)方面的布局

在人形機(jī)器人中，上述三大系統(tǒng)各自發(fā)揮著關(guān)鍵作用。具體表現(xiàn)如下：?
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)位置決定了不同驅(qū)動(dòng)器的需求，不同的電機(jī)類型也對(duì)應(yīng)著不同算法，常見的有 FOC 算法等。

控制系統(tǒng)：人形機(jī)器人需要執(zhí)行復(fù)雜多變的動(dòng)作，其自由度越來(lái)越高，對(duì)周圍環(huán)境的響應(yīng)速度也越來(lái)越快。從平穩(wěn)行走到精準(zhǔn)抓取，再到維持平衡，背后離不開高精度的運(yùn)動(dòng)控制算法、快速響應(yīng)的通信接口、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒏嗟?a target="_blank">電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以及能夠支撐算法和算力的控制芯片，以此確保機(jī)器人動(dòng)作流暢且精準(zhǔn)。

感知系統(tǒng)：人形機(jī)器人需借助多種傳感器（如視覺傳感器、力傳感器、陀螺儀等）來(lái)感知環(huán)境，并對(duì)這些傳感器信號(hào)進(jìn)行高效采集、處理與融合。

劉濤指出，針對(duì)上述需求，瑞薩正在加速布局。首先，針對(duì)機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，瑞薩電子推出了已量產(chǎn)的 RZ/T2M、RZ/T2L 或者 RZ/N2L 系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品不僅支持 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)通信，還配備了專用的絕對(duì)值編碼器接口，如 BiSS、Endat、Hiperface 等，以及增量式編碼器接口，可滿足電機(jī)位置信息捕獲需求，支持 2 個(gè)或更多編碼器接口。此外，還有豐富的電機(jī)外設(shè)接口，如 PWM、ADC、Delta - sigma 接口等。這些高度集成的芯片能夠最大限度減少 PCB 布線，特別契合機(jī)器人手臂的小型化設(shè)計(jì)目標(biāo)。?

目前，圍繞 RZ/T2L 等系列產(chǎn)品，瑞薩電子在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面已積累了大量成功案例。同時(shí)，瑞薩也正計(jì)劃開發(fā)基于下一代 RA8 M85 內(nèi)核 MCU 的人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)解決方案。屆時(shí)，客戶可基于瑞薩的參考設(shè)計(jì)，快速部署原型機(jī)并投入量產(chǎn)，相關(guān)硬件原理圖、軟件例程、底層驅(qū)動(dòng)等資料都將免費(fèi)提供給客戶參考。

針對(duì)多個(gè)自由度的機(jī)器手臂控制，瑞薩電子已量產(chǎn) RZ/T2H MPU。該芯片集成了四個(gè)高性能的 Cortex - A55 核和兩個(gè)實(shí)時(shí)控制 Cortex - R52 核，具備強(qiáng)大的應(yīng)用處理能力與實(shí)時(shí)性能。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多達(dá) 9 軸工業(yè)機(jī)器人電機(jī)的高速、高精度實(shí)時(shí)控制，為機(jī)器人賦予強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制能力及網(wǎng)絡(luò)通信能力，支持工業(yè)以太網(wǎng)的主從協(xié)議，還能在單芯片上支持包括時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) TSN 和工業(yè)以太網(wǎng)在內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)通信，使人形機(jī)器人能夠與外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效通信與協(xié)同工作。除 RZ/T2H 外，瑞薩電子還以每年超 15 款的 MCU 和 MPU 新產(chǎn)品量產(chǎn)上市的研發(fā)速度，持續(xù)縱橫雙向拓展產(chǎn)品布局，以滿足未來(lái)更復(fù)雜的人形機(jī)器人及其他應(yīng)用需求。

瑞薩電子在人形機(jī)器人感知和傳輸方面的布局?

前文提到了人形機(jī)器人感知系統(tǒng)的基本構(gòu)成，視覺傳感器、觸覺傳感器、慣性測(cè)量單元（IMU）、六維力傳感器為人形機(jī)器人提供了多維度的感知能力，使其能夠更好地與環(huán)境交互并執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。下面來(lái)分析一下感知系統(tǒng)的作用：它是人形機(jī)器人環(huán)境感知與信息輸入的端口，能夠?qū)崟r(shí)采集環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)空間模型，幫助機(jī)器人識(shí)別障礙物、地形特征及物體位置，提供全面的環(huán)境信息輸入；它也是人形機(jī)器人人機(jī)交互的基礎(chǔ)，使機(jī)器人能夠感知接觸壓力、溫度等，實(shí)現(xiàn)與人類的輕柔互動(dòng)，并可識(shí)別人體動(dòng)作、面部表情及語(yǔ)音指令，增強(qiáng)服務(wù)場(chǎng)景下的自然交互能力。

針對(duì)傳感器融合與處理方面，瑞薩電子同樣提供了一系列解決方案。為助力人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先的視覺感知能力，瑞薩電子通過(guò)旗下高性能的 MCU 和 MPU 支持視覺傳感器的數(shù)據(jù)處理，從而確保復(fù)雜圖像信息能夠被高效且精準(zhǔn)地捕獲。例如，瑞薩電子提供的具有高算力的四核視覺 AI 微處理器 - RZ/V2H，采用 DRP - AI3（動(dòng)態(tài)可重配置處理器）加速器和高性能實(shí)時(shí)處理器，具備高算力、低功耗的特性，無(wú)需冷卻風(fēng)扇，即可滿足處理復(fù)雜的實(shí)時(shí)物體識(shí)別及推理任務(wù)，非常適合機(jī)器人應(yīng)用所需的動(dòng)態(tài)計(jì)算以及實(shí)時(shí)處理性能。

RZ/V2H介紹

在 AI 算法上，瑞薩電子專注于視覺識(shí)別的 AI 應(yīng)用層面。比如，在 RZ/V2H 上集成了瑞薩電子獨(dú)創(chuàng)的 AI 加速器 DRP - AI（動(dòng)態(tài)可重配置處理器），可提供高達(dá) 8TOPS（緊密模型）的算力及高達(dá) 10TOPS/W 的極佳 AI 能效。其低功耗特性無(wú)需冷卻風(fēng)扇，非常適合人形機(jī)器人電池供電，能最大限度提高效率，延長(zhǎng)機(jī)器人的工作時(shí)間。

在傳感融合和處理方面，瑞薩電子還提供集成高精度 AFE 前端的 RX23E MCU，能夠?yàn)楦呔鹊膫鞲衅魈峁┩暾母兄芰Α２粌H如此，瑞薩電子還提供傳感器部件中的模擬芯片，用于調(diào)節(jié)溫度、速度、位置、配電等。此外，為實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的高效處理和融合，瑞薩具備強(qiáng)大計(jì)算能力和豐富模擬外設(shè)的 RA 系列 MCU 和 RZ 系列 MPU，能夠支持復(fù)雜的傳感器融合算法。結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù)，瑞薩電子的解決方案能夠在端點(diǎn)設(shè)備上運(yùn)行先進(jìn)的傳感器融合算法，助力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策推斷。

在傳感融合算法方面，瑞薩電子擁有專為非視覺感應(yīng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)信號(hào)處理方法，用于數(shù)學(xué)計(jì)算、端側(cè)部署。例如，瑞薩的 Reality AI 平臺(tái)工具使用 SVM（支持向量機(jī)，Support Vector Machines）和 NN（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Neural Network）作為模型的基本算法，其獨(dú)具特色的探索特征空間的算法，可用于區(qū)分不同類別、預(yù)測(cè)變量或檢測(cè)異常等不同應(yīng)用，擁有多項(xiàng)技術(shù)專利，能夠幫助開發(fā)者在云端構(gòu)建專屬的 AI 模型，并在本地邊緣節(jié)點(diǎn)上完成部署。

Reality AI平臺(tái)工具

最后，無(wú)論是控制、驅(qū)動(dòng)，還是感知，這些信號(hào)都需要傳輸。傳統(tǒng)電機(jī)方案通信接口較為單一，而人形機(jī)器人變得越來(lái)越復(fù)雜且精確，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)配備一個(gè)快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)需支持不同關(guān)節(jié)之間高速帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，并且在空間受限的環(huán)境中，對(duì)器件的要求尤為苛刻。?

針對(duì)高效的信號(hào)傳輸需求，瑞薩電子推出的 RZ/T2x、RZ/N2x 系列家族 MPU 均能夠?qū)崿F(xiàn) EtherCAT 的網(wǎng)絡(luò)通信，帶寬高達(dá) 1000Mbps，通過(guò)多路復(fù)用可實(shí)現(xiàn)各種 3x EtherCAT、2x EtherCAT + 1x Ethernet 或者 3x Gigabit TSN 等多種不同的以太網(wǎng)協(xié)議配置，為機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信提供靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。另外，瑞薩電子還全面支持 TSN 下一代千兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)置的千兆 TSN（基于 IEEE802.1Q 開發(fā)的一套協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)）交換機(jī)，并搭配內(nèi)置的千兆 MAC，支持時(shí)間同步 (802.1 AS - 2020, 802.1 AS - Rev)、數(shù)據(jù)調(diào)度和流量整形（Qbv）和幀搶占（Qbu/Qbr）等 TSN 協(xié)議族，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)、確定性傳輸，實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人關(guān)節(jié)之間無(wú)縫的確定性協(xié)調(diào)，改善人形機(jī)器人關(guān)節(jié)作為一個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)決策和多個(gè)電機(jī)之間的同步、協(xié)調(diào)任務(wù)。?

除此之外，瑞薩電子旗艦產(chǎn)品 RZ/T2H 還配備了高性能多核處理器、高精度三相 PWM 定時(shí)器、用于測(cè)量電流值的 Δ - Σ 接口和多種編碼器接口，以及編碼器接口（支持 A - format?、EnDat、BiSS?、Hyperface DSL 和 FA - CODER），可實(shí)現(xiàn)對(duì)多達(dá) 9 軸工業(yè)機(jī)器人電機(jī)的高速、高精度控制。

RZ/T2H系統(tǒng)框圖

人形機(jī)器人的技術(shù)趨勢(shì)和瑞薩電子的應(yīng)對(duì)之策?

美國(guó)高盛集團(tuán)去年預(yù)測(cè)，到 2035 年，人形機(jī)器人的潛在市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到 380 億美元，屆時(shí)人形機(jī)器人出貨量將更多、成本將更低、盈利速度將更快。然而，目前眾多從業(yè)者認(rèn)為這份預(yù)測(cè)過(guò)于保守。繼計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)和新能源汽車之后，人形機(jī)器人被視作新一代具有顛覆性的智能終端，有望形成新的萬(wàn)億元級(jí)別市場(chǎng)。那么，現(xiàn)階段人形機(jī)器人技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)怎樣的趨勢(shì)呢？劉濤圍繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)和傳感應(yīng)用分別進(jìn)行了解讀。

在人形機(jī)器人領(lǐng)域，電機(jī)控制技術(shù)正朝著更高精度與響應(yīng)速度的方向發(fā)展。隨著應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，機(jī)器人需要在復(fù)雜環(huán)境中完成高精度任務(wù)，例如抓取易碎物品或進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)輔助。這就要求電機(jī)控制能夠精確調(diào)節(jié)扭矩和位置，同時(shí)具備快速響應(yīng)能力，以實(shí)現(xiàn)自然流暢的運(yùn)動(dòng)。此外，高度集成化與小型化也是電機(jī)控制的重要發(fā)展趨勢(shì)。?

為滿足人形機(jī)器人對(duì)空間和重量的嚴(yán)格要求，未來(lái)電機(jī)控制硬件將更加緊湊，將電機(jī)、通信、驅(qū)動(dòng)器、編碼器和控制器等集成在一起，形成高度集成的關(guān)節(jié)模塊，減少布線和連接部件，以提高系統(tǒng)的可靠性和緊湊性。在這個(gè)過(guò)程中，芯片是實(shí)現(xiàn)這些性能的核心基礎(chǔ)，高性能的微控制器（MCU）和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等多核異構(gòu)組合，構(gòu)成了高性能處理能力與實(shí)時(shí)控制的硬件架構(gòu)，能夠針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，賦能相應(yīng)的 CPU 內(nèi)核快速處理復(fù)雜的電機(jī)控制算法，憑借豐富的電機(jī)外設(shè)，支持高精度的位置、速度和扭矩控制，內(nèi)置的高速以太網(wǎng)控制器提供確定性的網(wǎng)絡(luò)通信保障。以上不同的功能特性集成在一顆小小的芯片上，為機(jī)器人不同部件的協(xié)作、執(zhí)行任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。最后，先進(jìn)的、小型化的芯片封裝技術(shù)，也為人形機(jī)器人的集成化和小型化設(shè)計(jì)提供了有力支撐。

在傳感技術(shù)方面，多模態(tài)感知融合是重要的發(fā)展趨勢(shì)。人形機(jī)器人將通過(guò)融合視覺、觸覺、聽覺等多種傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更全面的環(huán)境感知和理解。不可忽視的是，在這一過(guò)程中需要有專用芯片進(jìn)行信號(hào)采集、處理和控制，包括模擬芯片、圖像處理芯片、圖像傳感器芯片等。?
人形機(jī)器人的發(fā)展歷經(jīng)多個(gè)階段，從早期簡(jiǎn)單的機(jī)械構(gòu)造與基礎(chǔ)功能，逐步演進(jìn)到如今高度智能化、多功能集成的形態(tài)?，F(xiàn)階段，全球人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已正式步入產(chǎn)業(yè)化落地階段。劉濤指出，從初期來(lái)看，人形機(jī)器人以基礎(chǔ)移動(dòng)能力為核心研發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)包括動(dòng)態(tài)平衡控制和能耗優(yōu)化，應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在物流搬運(yùn)和巡邏安防。隨著技術(shù)的不斷成熟，人形機(jī)器人將逐步向更高級(jí)的階段邁進(jìn)，感知能力、認(rèn)知能力和交互能力的提升將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。在機(jī)器人逐步升級(jí)的過(guò)程中，芯片產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

作為人形機(jī)器人的 “大腦”，高性能、低功耗的芯片將是推動(dòng)其智能化、自主化進(jìn)程的關(guān)鍵。隨著人形機(jī)器人對(duì)環(huán)境感知、決策制定、運(yùn)動(dòng)控制等能力需求的日益增長(zhǎng)，主控芯片、傳感芯片、AI 芯片和邊緣計(jì)算芯片等的定制化需求會(huì)顯著增加。與此同時(shí)，能源效率成為芯片設(shè)計(jì)的重要考量因素。鑒于人形機(jī)器人需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作，且往往受限于電池容量，因此低功耗設(shè)計(jì)也將成為人形機(jī)器人芯片研發(fā)的關(guān)鍵要點(diǎn)。

面對(duì)廣闊的市場(chǎng)機(jī)遇，瑞薩將憑借深厚的技術(shù)積累，特別是在嵌入式處理、電源管理和模擬電路方面的專長(zhǎng)，開發(fā)針對(duì)人形機(jī)器人特定需求的定制化芯片解決方案。通過(guò)優(yōu)化芯片架構(gòu)，提升計(jì)算效率與能源管理水平，為人形機(jī)器人提供持久且高效的動(dòng)力支持。此外，瑞薩還將加強(qiáng)與機(jī)器人制造商、AI 算法開發(fā)商及系統(tǒng)集成商的合作，共同推進(jìn)人形機(jī)器人的智能化、自主化進(jìn)程，確保產(chǎn)品能夠契合不斷變化的市場(chǎng)需求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。