人形机器人技术突破与先楫半导体HPM6E00系列高性能MCU芯片的适配性

时间： 2024-10-15 来源：先楫半导体HPMicro公众号

技术问答

人形机器人，作为人工智能和自动化领域的尖端技术，承载着许多复杂的工程挑战。要实现其自主移动、动态平衡、智能感知等功能，需要融合高级控制算法、传感器集成、实时反馈与调整以及人工智能等技术。而作为实现这些目标的关键，主控芯片的选择起着至关重要的作用。本文将探讨人形机器人面临的技术难点，以及为什么先楫半导体 HPM6E00系列芯片因其体积小、性能强大、丰富的外设功能而成为该领域的理想选择。

人形机器人核心技术难点

1. 动态平衡与高级控制算法

人形机器人的动态平衡是其能否实现稳定行走、站立、甚至跑步和跳跃的核心技术。为了保持平衡，机器人必须实时采集自身和环境的各种数据，并通过动态平衡算法（如逆运动学、状态反馈控制等）调整各关节的动作。机器人在不同环境中行走时，其重心会随时变化，如何让机器人在不倒下的同时完成复杂动作是一个极为困难的任务。这涉及到多轴运动控制以及复杂的力学计算，通常需要使用模糊控制、PID控制等方法进行动态实时调整。控制系统的实时性要求极高，每毫秒内都需要快速处理数据并做出调整。

2. 传感器集成与实时反馈

为了实现精准控制，人形机器人需要集成大量的传感器，包括惯性测量单元（IMU）、力传感器、位置传感器、加速度计和陀螺仪等。这些传感器的数据需要快速传输到主控芯片，并由芯片通过高级算法进行计算和处理。

实时反馈和调整是人形机器人精确动作控制的关键。传感器采集的数据需以毫秒级的速度传输至主控芯片，随后主控芯片对各个关节电机发出调整指令，确保机器人的动作与外部环境变化保持同步。

3. 人工智能与机器学习

为了让机器人在复杂环境中具备自主学习能力，人工智能（AI）和机器学习（ML）算法被广泛应用。通过深度学习和强化学习，机器人可以根据环境变化自我调整并优化行为。这些算法需要芯片具备强大的计算能力，以在极短时间内处理大量数据并做出智能决策。例如，通过视觉识别和行为预测，机器人可以避开障碍物或与人类进行交互，提升其在复杂场景中的适应性和稳定性。

先楫半导体HPM6E00系列芯片的应用优势

面对人形机器人技术中的诸多挑战，选择一款高性能且功能齐全的主控芯片尤为重要。上海先楫半导体的HPM6E00系列芯片凭借其小巧的体积、强大的计算能力和丰富的外设支持，为解决这些难点提供了卓越的解决方案。

1. 体积小，BGA封装

HPM6E00系列芯片采用BGA封装，使其体积小巧、便于集成。人形机器人对硬件体积有严格要求，尤其是为了保持平衡和移动灵活性，系统需要在有限的空间内搭载尽可能多的传感器和功能模块。BGA封装不仅节省了空间，还具有良好的散热性能，有助于确保芯片在高强度运算中保持稳定。

2. 丰富的性能支持高级控制算法

HPM6E00系列芯片内置高性能多核处理器，支持实时处理复杂的运动控制算法。芯片内的PWM（脉宽调制）与硬件电流环控制功能，尤其适用于电机驱动与控制，可以实现机器人关节电机的精确调节。结合ADC（模数转换器），HPM6E00能够高效采集电机和传感器的反馈数据，并通过硬件电流环实现快速闭环控制。这种高效的实时控制系统能够迅速响应机器人每个关节的状态变化，确保其在行走、站立、转弯等过程中保持稳定。

3. EtherCAT接口与TSN（时间敏感网络）支持

HPM6E00系列集成了EtherCAT接口，它是一种工业级实时通信协议，广泛应用于机器人和自动化控制中。EtherCAT提供极低的延迟和高带宽，使机器人能够在毫秒级传输传感器数据和控制指令，确保动作控制的准确性和同步性。同时，HPM6E00 支持TSN（时间敏感网络），可以为机器人内的多种传感器提供精确的时间同步。在动态平衡控制中，各传感器的数据需要实时同步处理，TSN能够保证多传感器数据的无缝融合，避免因数据不同步而导致的控制误差。

4.多路CANFD接口

为了满足机器人复杂模块之间的通信需求，HPM6E00系列提供了多路CANFD接口，这是一种高速、抗干扰能力强的通信协议。CANFD支持更高的带宽和数据帧，可以快速、稳定地传输关节控制器、传感器和执行器之间的数据。在人形机器人中，关节电机、传感器和主控单元之间的数据交换至关重要，CANFD接口能够确保这些模块间的通信可靠性和实时性。

5.硬件电流环与编码器数据处理

HPM6E00系列芯片包含：4个8通道增强型PWM控制器，PWM调制精度高达100ps；多种运动传感器接口，包括增量式和绝对值位置传感器接口，旋转变压器解码接口和磁编码器接口；脉冲式位置输出接口和绝对值位置输出接口；包括运动控制单元，空间矢量变换和闭环控制器在内的硬件运动控制环路。内置的硬件电流环功能，可以极大提高电机控制的精度和响应速度。在人形机器人中，精确控制电机是确保关节灵活性和动作准确性的基础。通过与编码器的集成，HPM6E00可以实现对关节位置、速度的高精度监测。

总结

人形机器人技术的不断发展依赖于先进的控制算法、传感器集成、动态平衡与实时反馈等技术的突破。而上海先楫半导体HPM6E00系列芯片凭借其小巧的设计、丰富的外设功能、高性能处理能力和强大的实时通信能力，为人形机器人行业提供了理想的技术支持。通过集成PWM控制、硬件电流环、EtherCAT、TSN和多路CANFD接口，HPM6E00系列芯片不仅满足了机器人对精确控制和快速响应的需求，还在复杂的实时反馈系统中展现出卓越的稳定性和性能优势。它无疑将为未来人形机器人技术的发展注入强大动力。

以上文章来源于雅全电子，作者雅全电子。

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原厂动态发布时间 : 2024-07-17

ICBG 2024.Q1 新品介绍

型号- CS5752ASCO,CW7815,CS5752SCO,CN263X,CS2132M,CS2132A,CD4069,CW7812,PT4554NP,CN26022,CN26021,DPM04T60BM1,HKM308X,CN26024,CN2644,PT4211,CS5752A,CN2642,CN2641,DPM06T60CGO,CS57D03,CS2109(G2),CW7805,CS88M303,CN2634,PT4519CD,PT4519CB,CS5764SCO,PT4126HD,CS7138,CS1629DEO,HK817C,CS5766NTO,CS42273,PT4519CT,CN2632,CS5766NTP,CS42275,CN2631,PT4205,DPM40F60GG1,DPM06T60CG1,CS2109(G3),DPM06T60,PT6111Y,CN265X,CN26051,CN26052,CS5764SDQ,HKP3532,DPM04T60AM2,DPM04T60AM1,PT4115,CS1694EO,HK817,CN264X,CS1618EP,CN2602X,CS36J52,CN2654,CF184,CN2652,CN2651,PT4141,CS1629C,HKA5833,CS1629B,CS1629A,CS62083,CS4585EP,CS4585EO,CW1118CB-AJ33,CN2605X,CS5762SDQ,CW72M05CZ,CS32F61,CS32F60,HK212-A4L,CS32ME1,CW78S33,DPM15F60KG1,CN26054,CS5764MTP,CS5764MTO,PT6304,PT6305,CF284,PT4127,PT4125,HKA5818,CN261X,CF258,CS5754MTO,CS5754BSCO,CS1628EO,CS5735STF,CS5754MTP,CS88M312,CS4268,CS4269,CS4265,CS12P22C,CS5738NT,CS5752SDQ,CS1639EP,CN2614,CS1639EO,CN2612,DPM15C60FG1,DPM15C60FG2,CS12XMM65,PT4121E,CN2611,CN26051S,CS3805EO,CF358,CN223X,DPM15C60,CS5766SDQ,PC817,CN333B,CN321A,CN26051B,CS57D03EB,CW1118CB-1833,HKA5823-XX,DPM10C60DG1,CS5754ASCO,CS62783(B),LM78M15,PT4606,CS5754SDQ,PT4123C,CF484,PT4123E,HKM301X,CS2112(G2),PT4115B,PT253,CF339,CS4585NEO,CN201X,HK2290X,DPM10T60CGO,CS32ME1X,DPM10T60CG3,DPM10T60CG2,PT4519,CS5755BSCO,HKA5825-02,HKA5825-01,HKM302X,CS5754SCO,PT2332,PT2211,PT2333,CN358A,CF467,CS53P88,CS5755MTO,CS53P89,CS1628,HK212-S4L,HKA5833-01,CS5762STF,CS32ME11,CS32ME10,CS1640EO,CN2014,DPM05C60FG,DPM30F60GG1,HKM303X,CN2012,CN2011,CS53P90,CF4558,HK214-A4L,HKA5813-02,HKA5813-03,HKA5813-04,HK305,CW1117,HKA5813-01,CS53P82,HKM304X,CS3818EO,CF324,CS5755ASCO,PT4126DF,CN2011B,PT4115EB,DPM06T60C,DPM06T60EG1,CF07,CS1638AEP,CS1638AEO,HKM305X,PT4522,CS3808EO,PT4119E,CN221X,DPM03T60HM1,CS57301,CS57302,CS57303,CS57304,DPM10T60EG2,CS37AD2,HKM306X,CS5755SDQ,HK212-D4L,CS46系列,CS32ME1系列,CS2132MLO,CS88FB111BEN,HKA5812-01,CS98P408,HKA5812-02,HK214,CS5738STF,CN2333,DPM10C60FG,CS5755SCO,PT2342E,HKA5817-01,PT6605DW,CS5752STF,CS2109,PT2342J,CS32F760,CS809,PT2342L,CS2171XLO,HKA5817-02,CW78LXX,HKA5817-03,CS2132ALO,CS42701,HK301X,CS42702,CD2050CZ,CN358,CS37A21,CS88F350,CS3850AEO,CW431CS,CS2116BSGO,CS3835EO,HK3053,CS4995,CS4993,CS4991,HK302X,CS5764STF,PT2332EW,PT2332EU,CS74HC595,PT65817C4,HK214-D4L,CW78MXX,CS1668EO,PT2332E,CS5765NGO,PT2332J,CS3825EO,CN26021S,CS5765NGP,CS32F61M,HK3063,PT2332L,CS4985,HK303X,XL1509,PT2342EU,CS5764BSCO,HK363,CN26021B,PT2211X,CD4069EO,CF4580,CN333,DPM20C60DG3,DPM30F60KG1,DPM20C60DG1,CS88E001,EWM78F128,CS4979,CS4977,CW7805HCS,CS2172XLO,HK214-S4L,CS3521,PT2603,HK304X,CS32F608,CS32F602,CS32F604,CS4602L,CS4602N,CS37D32,CS4602S,CS88F(M)31X,CS3805BEO,CS4967,CS4968,CS4602,CS4603,PT2332JU,CS57XXBSCO,CS57D03HEB,PT2332JW,CW432CB,HK305X,HK216-A4L,CS88F00X,DPM03T60CMO,DPM03C60FG,CN324A,PT2333L,CS5738NTO,CS5738NTP,CS2170XLO,CS4603L,HKA5831-01,PT2333R,PT2503,HKA5831-02,PT2333X,CS3629BB,HKA5831-03,PT2501,PT2622,CN4333,CN321,HK30XX,PT2626,HK306X,CS5754MT,PT2621,CS32F305,CS32F306,CS1664EO,CN324,CS32F421,CS88F361,CS1620AEO,CS32F302,CS88F003,CS88F002,PT6605E,PT2332LW,CS88F360,PT2332LU,DPM15C60NG1,CS98P154Y,CW431CB,CD2030,CS2116HGO,PT2533,CN2651S,PT2531,CN2651B,CW432CS,CS88F36X,CS5765NG,CS5764ASCO,PT1313,CS3817BEO,HK308X,DPM03T60CM1,CS5735SDQ,HKA5826-02,CW78L05,CN8551S,DPM06T60AM1,HK216-S4L,PT4515DH,CS217X,CN2641S,CS98P370,PT6117,CS2918EB,DPM10T60,CS1659EO,DPM10T60C,CS88P419,DPM30C60DG3,CN2641B,DPM20F60KG1,PT2626FCB,CS32ME11X,CF2903,PT2342JU,CW78XX,CS5738ASCO,CS57XXASCO,CS49P60,PT4516EP,DPM10T60CGSR,PT6109,CS31F550,CS1192CB,CS98E154,HK354X,DPM30C60DG1,CS32F469,CS32F465,CS3830AEO,CS32ME10X,CW431,CS5754STF,CF4177,CS5738BSCO,CS4227,CS4585,CN2631S,D4069,CS16164,HK216-D4L,CS10XMD60,CS57XXSCO,CS98P168,6N137,CN2631B,CS98P169,CS1637EO,HKA5816-XX,6N136,CS98P166,6N139,6N138,CW78M15,DPM15C60DG1,CS1637EP,6N135,DPM15C60DG3,CD1517CP,PT2342LU,PT4121EB,CS5764NTO,DPM06T60CM1,CS3820EO,CS5764NTP,CS42651,CW1117CB-1.8,PT6002,CS11F100,CS88F421,HK3120,CS4205,CS5738SDQ,CS98P171,CD4069GP,HKA5818-02,HKA5818-01,6N13X,CS88F310,CS88F313,CNX333,CS2132,CS2003CS,CS57064BP,CS2003,CS2002,HK2291,HK2290,CS2004,CS5752,CN855X,CN2611S,CS2001,CS1635EP,CR2552,DPM06T60CG,CS5752BSCO,CS1635EO,CN2611B,CS2116,PT2626CCB,CS2118,CS57304S,CS2112,CS5738SCO,CN8551B,DPM50F60GG1,HKA5826-XX,CR2556,CR2555,CN8554,CN8551,CW1117CB-3.3,CR2553,CN8552

商品及供应商介绍 - 华润微电子 - 2024/4/9 PDF 中文下载

HPM6E00 系列高性能微控制器勘误表

型号- HPM6E80IVM1,HPM6E80IGN1,HPM6E00 系列,HPM6E70IVM1,HPM6E70IGN1,HPM6E60IVM1,HPM6E60IGN1,HPM6E00,HPM6E50IGN1

产品勘误说明 - 先楫半导体 - Rev 0.1 - 2024/09/03 PDF 中文下载

先楫半导体MCU选型表

先楫半导体提供高性能MCU选型，：主频最高达816MHz，高性能外设：包括JPEG编解码器，有16位和24位LCD，4×8通道PWM，2×8通道PWM，最高有千兆以太网，CAN FD等通讯接口，高速12位和高精度16位模数转换器，工作温度：-40℃-105℃Ta/-40℃-125℃Ta

产品型号	品类	内核	最高主频（MHz）	SRAM(KB)	CAN	USB	SPI	I²C	UART	比较器	封装形式
HPM5301IEG1	高性能微控制器	32 位 RISC-V 处理器	360MHz	288KB	CAN FD	USB HS 带 PHY ×1	4	4	9	2	6*6 QFN48 P0.4

选型表 - 先楫半导体立即选型

雅特力（Artery）AT32全系列32位微控制器（MCU）选型指南（英文）

描述- Founded in 2016, ARTERY Technology is a professional design company that is committed to promoting innovative development of the 32-bit microcontroller industry, supported by its state-of-the-art R&D technology, a comprehensive set of IP databases, and deep expertise in resource integration.

型号- AT-SURF-F437,AT32F413CCU7,AT32A403ACGU7,AT32F405CCU7,AT32F403A SERIES,AT32F405 SERIES,AT32F407 SERIES,AT32L021K6U7-4,AT32F421K6T7,AT32F425R8T7,AT32F423VBT7,AT32F423RBT7-7,AT32A403ACGT7,AT32A423RBT7-7,AT32A423CCU7,AT32F413CBT7,AT32F435CMT7,AT32F403ARCT7,AT32L021C4T7,AT32F435RCT7,AT32F435ZGT7,AT32F405CCT7,AT32F403ACET7,AT32A423R8T7,AT32L021K8T7,AT32A423 SERIES,AT32 WB SERIES,AT32F437 SERIES,AT32A423CBT7,AT32L021F8P7,AT32-AUDIO-EV,AT32F435CMU7,AT32F415KBU7-4,AT32F413CBU7,AT32F402CBT7,AT32F405KCU7-4,AT32F407RCT7,AT32L021G4U7,AT32F403ACGU7,AT32F425K8U7-4,AT32F402KBU7-4,AT32F425R8T7-7,AT32F415RCT7,AT32F423VCT7,AT32F402CBU7,AT32-COMM-EV,AT32F423T8U7,AT32F425K6T7,AT32F435CDT7,AT32F405RBT7,AT32A403ARCT7,AT32F421K6U7,AT32F421G8U7,AT32F415RBT7-7,AT32F421F4P7,AT32A423CCT7,AT32 F SERIES,AT32F413KCU7-4,AT32F425F6P7,AT32F423C8T7,AT32A403ACEU7,AT32F421 SERIES,AT32F423 SERIES,AT32F423RCT7-7,AT32A423TBU7,AT32A423C8T7,AT32-MOTOR-EV,AT32F421K8T7,AT32-LCD-EV,AT32F413C8T7,AT32F415RBT7,AT32F403ARET7,AT32F435CGT7,AT32A423K8U7-4,AT32A403ACET7,AT32F435VCT7,AT32A423C8U7,AT32F403ACGT7,AT32F421C4T7,AT32L021K6T7,AT32A423R8T7-7,AT32F403AVCT7,AT32L021F6P7,AT32F415RCT7-7,AT32F435CGU7,AT-LINK-ISO+,AT32F415CCT7,AT32F405KBU7-4,AT32F407VCT7,AT32F405CBU7,AT32F415KCU7-4,AT32A423TCU7,AT32F407RET7,AT32F415 SERIES,AT32 A,AT32A423CBU7,AT32F435RMT7,AT32L021K8U7,AT32L021,AT32 F,AT-LINK-EZ,AT32 L,AT32A423KBU7-4,AT32F423C8U7,AT32F435RDT7,AT32L021F8U7,AT32F425K8T7,AT32F405CBT7,AT32A403AVCT7,AT32F421K8U7,AT32A403ARET7,AT32F423TBU7,AT32F421K6U7-4,AT32F435-DVP-EV,AT32F421F6P7,AT32F403A,AT32 L SERIES,AT32F402 SERIES,AT32A403ACCU7,AT32F415CBT7,AT32F415R8T7,AT32F425F8P7,AT32A403A,AT32F423R8T7,AT32F425C6U7,AT32A423T8U7,AT-START,AT32F421K4U7-4,AT32A,AT32F423CCU7,AT32F402RCT7,AT-LINK,AT32L021C8T7,AT32F403ARGT7,AT32WB415CCU7-7,AT32F415CCU7,AT32A403ACCT7,AT32F403AVET7,AT32F435RGT7,AT32F435VMT7,AT32F421C6T7,AT32A423VBT7,AT32L021K4U7-4,AT32L021K4T7,AT32F423TCU7,AT32F405RBT7-7,AT32F413KBU7-4,AT32F435ZCT7,AT32 A SERIES,AT32F423CCT7,AT32WB415,AT32L021F4P7,AT32L021G8U7,AT32F407VET7,AT32F413 SERIES,AT32F407RGT7,AT32F403ACCU7,AT32L021K6U7,AT32F423CBU7,AT32A423RCT7-7,AT32F435VDT7,AT-LINK FAMILY,AT32F415CBU7,AT32L021K8U7-4,AT32A423VCT7,AT32L021F6U7,AT32A403AVET7,AT32 WB,AT32F425K6U7-4,AT32F425C6T7,AT32F421G4U7,AT32A403ARGT7,AT32A423KCU7-4,AT32F425 SERIES,AT32F421F8P7,AT32F423CBT7,AT32F413RCT7,AT32F425R6T7-7,AT32F413,AT32F423V8T7,AT32F415,AT32F423KCU7-4,AT32F402CCT7,AT32F421K4T7,AT32F435CDU7,AT32F425C8U7,AT32WB415 SERIES,AT32F425R6T7,AT32F423RBT7,AT32F423K8U7-4,AT32F421,AT32F402,AT32F435VGT7,AT32F405,AT32A423RBT7,AT32L021C6T7,AT32F407,AT32F402CCU7,AT32F421C8T7,AT32F435CCT7,AT32F403AVGT7,AT32F405RCT7,AT32F423R8T7-7,AT32F403ACCT7,AT32F435ZMT7,AT32A423V8T7,AT32F413RBT7,AT32F405RCT7-7,AT32F415C8T7,AT32F402RBT7-7,AT32F435,AT32F437,AT32F407VGT7,AT32F435CCU7,AT32L021G6U7,AT32,AT32F402RCT7-7,AT32F403ACEU7,AT32F415K8U7-4,AT32L021K4U7,AT32F415R8T7-7,AT-LINK+,AT32F423RCT7,AT32F402KCU7-4,AT32F402RBT7,AT32F423,AT32F425,AT32F413CCT7,AT32A423RCT7,AT32F421K4U7,AT32F421K8U7-4,AT32L021F4U7,AT32F425C8T7,AT32A403AVGT7,AT32F421G6U7,AT32F423KBU7-4,AT32F435ZDT7,AT32A423

选型指南 - 雅特力 - 202401 PDF 英文下载

先楫半导体携手劲臣科技发布国产EtherCAT总线多轴伺服驱动器开发套件

先楫半导体携手劲臣科技发布国产EtherCAT总线多轴伺服驱动器开发套件。在JC6E80开发板的方案中，利用EtherCAT的高效通信能力，可以轻松实现多设备的级联，形成完整的工业自动化系统。该方案将EtherCAT多轴伺服驱动器与分支器、10模块等设备级联，构建一个灵活、可扩展的网络架构，适用于多种复杂的自动化应用场景。

产品发布时间 : 2024-10-27