賦能高精度驅(qū)動與實時控制，ADI如何重塑人形機器人運動核心

在具身智能領(lǐng)域，人形機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ΑＨ欢尫湃诵螜C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，賦能機器人實現(xiàn)更卓越的運動性能。

靈巧手全集成伺服電機驅(qū)控方案

機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，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。

這是一款全集成的36V智能FOC伺服驅(qū)動控制芯片，支持PMSM/BLDC及有刷伺服電機。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。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算等高級AI任務(wù)，提升機器人整體算力。

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)電機的高效率、平穩(wěn)靜音及快速動態(tài)響應(yīng)控制。 其集成的8點加減速軌跡曲線運動控制EightPoint Motion Controller能減少運動抖動，實現(xiàn)平滑的加減速控制。

關(guān)節(jié)伺服電機高集成驅(qū)控方案

伺服關(guān)節(jié)是機器人的力量之源和運動之樞，其性能直接決定了機器人的負(fù)載能力、運動精度和動態(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。

• 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)。MCC支持高達(dá)100kHz的伺服環(huán)路控制及8點Ramp軌跡發(fā)生器，確保高效、精準(zhǔn)的運動控制。

• 高性能步進(jìn)電機驅(qū)動器 TMC5240

TMC5240 是一款智能高性能步進(jìn)電機控制器和同樣集成”八點”加減速規(guī)劃的運動控制芯片， 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行，同時具有最高效率和最佳電機轉(zhuǎn)矩，靜音模式到高速度模式的切換，無抖動。

• 多協(xié)議絕對值編碼器解碼芯片 TMC8100

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)高精度機器人運動控制的關(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。

智能伺服電機剎車/電磁閥驅(qū)動方案

除了核心的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機器人系統(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。

• 智能串行通訊螺線管/電磁閥/直流電機驅(qū)動器 MAX22216/MAX22217

這兩款產(chǎn)品（MAX22216為1.7Arms，MAX22217為0.55Arms）提供多通道獨立的半橋驅(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。

柱塞檢測