在具身智能領(lǐng)域，人形機(jī)器人無疑是最值得期待的產(chǎn)品類別，有著更高的市場熱度和更大的發(fā)展?jié)摿?。然而，要釋放人?機(jī)器人的市場潛力，研發(fā)企業(yè)仍需攻克一系列挑戰(zhàn)，涉及定位、感知、連接、控制、電源管理等多個維度。本文將聚焦于其核心 的高精度驅(qū)動與實時控制技術(shù)，展示ADI如何提供從指尖到關(guān)節(jié)的全棧解決方案，賦能機(jī)器人實現(xiàn)更卓越的運(yùn)動性能。

文／ADI 亞德諾半導(dǎo)體

1 靈巧手全集成伺服電機(jī)驅(qū)控方案

機(jī)器人的靈巧手是其與物理世界進(jìn)行復(fù)雜交互的關(guān)鍵， 其多自由度、高集成度的特性對電機(jī)驅(qū)動控制方案提出了極 高要求：既要體積小巧，又要能精確控制多個微型電機(jī)，同 時簡化布線和系統(tǒng)復(fù)雜度。對此，ADI Trinamic靈巧手集成驅(qū) 動控制方案提供了革命性的解決方案。

圖1是一款全集成的36V智能FOC伺服驅(qū)動控制芯片，支 持PMSM/BLDC及有刷伺服電機(jī)。其內(nèi)部集成了完整的無損電 流檢測、位置/速度/力矩閉環(huán)控制以及高達(dá)200kHz的PWM頻 率，非常適合控制低電感空心杯電機(jī)。通過SPI菊花鏈方式， 僅需少量引線即可級聯(lián)控制多達(dá)數(shù)十個芯片。這不僅極大降 低了系統(tǒng)布線的復(fù)雜度、節(jié)省了寶貴的PCB空間，還將運(yùn)動控 制任務(wù)從主控MCU中卸載，使主控資源能最大限度地用于大 模型運(yùn)算等高級AI任務(wù)，提升機(jī)器人整體算力。
其內(nèi)置硬件FOC引擎，開發(fā)者無需編寫復(fù)雜的FOC算法 代碼，即可實現(xiàn)電機(jī)的高效率、平穩(wěn)靜音及快速動態(tài)響應(yīng)控 制（圖2）。其集成的8點(diǎn)加減速軌跡曲線運(yùn)動控制EightPoint Motion Controller能減少運(yùn)動抖動，實現(xiàn)平滑的加減速控制 （圖3）。

2 關(guān)節(jié)伺服電機(jī)高集成驅(qū)控方案

伺服關(guān)節(jié)是機(jī)器人的力量之源和運(yùn)動之樞，其性能直 接決定了機(jī)器人的負(fù)載能力、運(yùn)動精度和動態(tài)響應(yīng)。 ADI Trinamic為不同功率等級和集成需求的伺服關(guān)節(jié)提供多樣化的 解決方案。

（1）高集成單片伺服驅(qū)控芯片TMC9660
該芯片集成了MCU、伺服三環(huán)控制（位置、速度、電 流）、70V/2A智能柵極驅(qū)動器（GDRV）、運(yùn)放、LDOs及 Buck轉(zhuǎn)換器。開發(fā)者僅需外置功率MOSFET即可構(gòu)成完整的 伺服驅(qū)動單元。同樣內(nèi)置硬件FOC，無需繁瑣的軟件算法開發(fā) （圖4）。MCC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，確保高效、精準(zhǔn)的運(yùn)動控制。

（2）高性能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器TMC5240（圖5）
TMC5240是一款智能高性能步進(jìn)電機(jī)控制器和同樣集 成“八點(diǎn)”加減速規(guī)劃的運(yùn)動控制芯片， 具有串行通信接口 (SPI，UART)和廣泛的診斷能力。結(jié)合了一個靈活的、優(yōu)化的 抑制抖動斜坡發(fā)生器用于自動定位，采用行業(yè)最先進(jìn)的步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，該驅(qū)動基于256微步細(xì)分內(nèi)置分度器和完全集 成的 36V、2.1A（IRMS）、峰值3.0A、H橋（每個H橋的最大 輸出電流為IMAX=5.0AMAX，超過5A會保護(hù)）以及非耗散集 成電流傳感器 (ICS)。精密的stealthChop2?斬波器確保絕對 無噪音運(yùn)行，同時具有最高效率和最佳電機(jī)轉(zhuǎn)矩，靜音模式 到高速度模式的切換，無抖動。

（3）多協(xié)議絕對值編碼器解碼芯片TMC8100（圖6）
TMC8100支持SSI、BiSS C、EnDat、Tamagawa等多種 主流絕對值編碼器協(xié)議，以及增量編碼器接口。能夠通過SPI 或高速UART與主控制器通信，為伺服關(guān)節(jié)提供精確、可靠的 位置反饋，是實現(xiàn)高精度機(jī)器人運(yùn)動控制的關(guān)鍵一環(huán)。它常 與TMC6460或TMC9660等驅(qū)動芯片配合使用，處理復(fù)雜的編 碼器信號。

3 智能伺服電機(jī)剎車/電磁閥驅(qū)動方案

除了核心的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機(jī)器人系統(tǒng)中還包含大量的電磁 閥和電磁剎車。對這些部件的高效、智能驅(qū)動同樣重要。
（1）智能串行通訊螺線管/電磁閥/直流電機(jī)驅(qū)動器 MAX22216/MAX22217（圖7）

這兩款產(chǎn)品（MAX22216為1.7Arms， MAX22217為 0.55Arms）提供多通道獨(dú)立的半橋驅(qū)動，支持電壓驅(qū)動 （VDR）和電流驅(qū)動（CDR）控制模式。電流驅(qū)動模式能克服線圈電阻變化和輸入電壓波動帶來的影響，實現(xiàn)更精確的力 控制，同時節(jié)省功耗、減少電磁閥磨損。

同時，具備ON/OFF狀態(tài)檢測、溫度估測、開路負(fù)載檢測 等診斷功能，能夠通過監(jiān)測電流變化自動檢測電磁閥柱塞的 動作完成（END_HIT_AUTO），從而在最佳時間點(diǎn)從沖擊電 流（Hit Current）切換到保持電流（Hold Current），進(jìn)一步 優(yōu)化能效并提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。