半導(dǎo)體供應(yīng)商破局人形機(jī)器人難題？MPS以三位一體新方案加速入場

近年來，人形機(jī)器人以迅猛的態(tài)勢發(fā)展起來，無論從技術(shù)、投融資規(guī)模、新品發(fā)布還是訂單數(shù)量來看，人形機(jī)器人已來到產(chǎn)業(yè)規(guī)模化爆發(fā)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，但要達(dá)到立德智庫預(yù)測的市場規(guī)模——2030年中國人形機(jī)器人市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到1192.46億元，將占到世界總量的 32.7%——仍需要在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)攻關(guān)。

目前來看，人形機(jī)器人行業(yè)仍面臨運(yùn)動能力與穩(wěn)定性、感知與認(rèn)知能力、制造成本三大亟待突破的技術(shù)瓶頸，這成為制約其量產(chǎn)落地的關(guān)鍵障礙。

運(yùn)動能力方面，人形機(jī)器人需要模擬人類的復(fù)雜動作，這對其關(guān)節(jié)驅(qū)動提出了極高的要求，而目前多數(shù)人形機(jī)器人的運(yùn)動穩(wěn)定性還未到能夠落地的要求，哪怕靜態(tài)站立人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的電機(jī)也會持續(xù)耗能，續(xù)航能力上也能難以滿足長時(shí)間的作業(yè)需求。感知能力方面，人形機(jī)器人的感知精度與抗干擾能力還需要提升，多關(guān)節(jié)內(nèi)部的協(xié)同控制容易失衡，同時(shí)在復(fù)雜環(huán)境中的理解與決策能力也有限。制造成本方面，人形機(jī)器人的核心部件需求多、成本高，各核心部件的單獨(dú)設(shè)計(jì)，不僅占用大量空間更推高了硬件成本。

而半導(dǎo)體巨頭MPS洞察到這些行業(yè)痛點(diǎn)，依靠自身在半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)積累，于近日在上海舉辦的人形機(jī)器人解決方案發(fā)布會上，以“芯片+算法+系統(tǒng)”三位一體的創(chuàng)新架構(gòu)，聚焦人形機(jī)器人的運(yùn)動能力與穩(wěn)定性不足、感知與認(rèn)知能力有限以及制造成本高昂這三項(xiàng)技術(shù)難題，交出了一份針對性答卷。

從電機(jī)驅(qū)動芯片到高精度傳感器，從集成化模組到一體化電機(jī)，MPS 正用其在半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)積淀，為人形機(jī)器人的突破提供底層動力支撐。

▍“芯片+算法+系統(tǒng)”三位一體架構(gòu)下的創(chuàng)新產(chǎn)品

MPS此次針對人形機(jī)器人的解決方案采用“芯片+算法+系統(tǒng)”三位一體的架構(gòu)，層層遞進(jìn)，從芯片到算法再到系統(tǒng)，由此形成產(chǎn)品與解決方案的閉環(huán)，發(fā)布會的新品介紹也是如此，由點(diǎn)到面。

（1）芯片：核心器件突破

電機(jī)作為人形機(jī)器人核心零部件之一，與人形機(jī)器人的運(yùn)動能力緊密相關(guān)，而要解決人形機(jī)器人的運(yùn)動難題，電機(jī)驅(qū)動器芯片更是核心中的核心。

為此，MPS推出了針對三相無刷直流電機(jī)的MP(Q)6547A與MP6543兩款電機(jī)驅(qū)動器芯片，分別覆蓋中高電壓與低電壓低功耗的機(jī)器人應(yīng)用場景，形成了較為完整的電機(jī)驅(qū)動解決方案。

MP(Q)6547A作為MPS針對人形機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動開發(fā)的高集成度芯片，其性能直指行業(yè)痛點(diǎn)，工作電壓范圍覆蓋4V至32V，能夠根據(jù)客戶的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整，適配范圍更廣。驅(qū)動能力方面，該芯片內(nèi)部集成了3個(gè)半橋驅(qū)動器與6個(gè)低內(nèi)阻MOSFET，連續(xù)輸出電流可達(dá)3A，峰值電流更是高達(dá)6A，足以支撐關(guān)節(jié)的高負(fù)荷運(yùn)動。同時(shí)，為了使得開發(fā)更加便捷，MP(Q)6547A內(nèi)部充電泵支持100%占空比工作，具備自動同步整流功能。

更值得關(guān)注的是其極致的小型化設(shè)計(jì)，采用QFN-18封裝，尺寸僅3mm×4mm，帶可潤濕側(cè)翼的設(shè)計(jì)既提升了焊接可靠性，又減少了PCB占板面積。對于空間受限的關(guān)節(jié)（如手腕、手指），這種小封裝芯片可直接嵌入電機(jī)本體，無需額外預(yù)留驅(qū)動電路空間。此外，該芯片還內(nèi)置過流保護(hù)（OCP）、過溫關(guān)斷（OTP）、欠壓 / 過壓保護(hù)（UVLO/OVP）等多重安全機(jī)制，能實(shí)時(shí)切斷輸出并上報(bào)故障，避免硬件損壞，提高了交互時(shí)的安全性。

而MP6543則聚焦低電壓、低功耗場景，其工作電壓范圍是3V至12V，內(nèi)部同樣集成了3路半橋驅(qū)動器，每個(gè)MOSFET內(nèi)阻110mΩ。同時(shí)，為了便于控制，MP6543支持PWM與ENBL輸入，支持霍爾信號輸入，內(nèi)置3.3V/100mA LDO調(diào)節(jié)器，與MP(Q)6547A一樣具備自動同步整流功能。

此外，其內(nèi)部雙向電流檢測放大器的加入，為電機(jī)電流的檢測提供了支撐。其封裝采用QFN-24封裝，能夠適配微型執(zhí)行器的執(zhí)行需求。

當(dāng)然，人形機(jī)器人的運(yùn)動能力不只與電機(jī)相關(guān)，人形機(jī)器人要想實(shí)現(xiàn)更好地運(yùn)動控制，需要傳感器來提供精準(zhǔn)的位置控制與環(huán)境感知。

MPS基于一直以來在磁性傳感器和編碼器等零部件領(lǐng)域的積累以及對傳感器的清晰認(rèn)知，成功推出了基于磁阻效應(yīng)的TMR傳感器MA600A和非接觸式、高精度磁性絕對角度位置差分傳感器MA900，形成了“高精度+抗干擾”的雙重保障。

MA600A的優(yōu)勢在于其精度與適配性。精度方面，其工作范圍內(nèi)的精度小于0.6度，經(jīng)校準(zhǔn)后的最終誤差(INL)可小于0.1度；適配性方面，MA600A的工作電壓為3V至3.6V，支持SPI、ABZ、PWM、UVW以及SSI的通信接口能夠適用于多種通信協(xié)議場合，加上支持菊花鏈配置，該傳感器的配置更加靈活，同時(shí)MA600A采用QFN-16封裝，直徑只有3mm，能夠輕松裝配到靈巧手中的各個(gè)位置。

而MA900則聚焦“抗干擾”需求，通過多個(gè)位置的磁場差異提取角度數(shù)據(jù)，能有效消除寄生磁場的影響。

無論是電機(jī)驅(qū)動器芯片還是傳感器，MPS通過在這些核心器件上的突破，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的升級與戰(zhàn)略上的轉(zhuǎn)向，為解決人形機(jī)器人的“運(yùn)動難題”提供了解決方案。

（2）算法：微型伺服控制算法

除在核心器件上實(shí)現(xiàn)突破，MPS還在算法層面進(jìn)行深度優(yōu)化，為人形機(jī)器人的擬人化動作提供支撐。

傳統(tǒng)開環(huán)控制難以滿足機(jī)器人動作的流暢性需求，MPS在驅(qū)動芯片中嵌入了自研的微型伺服控制算法棧，專為微型電機(jī)優(yōu)化，核心包括自適應(yīng)FOC算法、振動抑制與噪音優(yōu)化、實(shí)時(shí)電流前饋與擾動補(bǔ)償三大功能。

其中，自適應(yīng)FOC算法支持無感FOC與有感FOC雙模式，結(jié)合高頻注入法，能夠?qū)崿F(xiàn)低速高轉(zhuǎn)矩啟動，提升起步平順性；振動抑制與噪音優(yōu)化則通過內(nèi)置S形加減速規(guī)劃器和隨機(jī)PWM調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；實(shí)時(shí)電流前饋與擾動補(bǔ)償?shù)墓δ軇t基于MA600A / MA900高精度角度傳感器的反饋，從而實(shí)現(xiàn)微秒級電流環(huán)響應(yīng)，確保抓取、行走等動作的細(xì)膩力控。

在算法的支持下，人形機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更為流暢和精準(zhǔn)的動作控制，無論是復(fù)雜的肢體運(yùn)動還是細(xì)微的手部操作，都能展現(xiàn)出極高的擬人化程度。從而確保機(jī)器人動作的準(zhǔn)確性和可靠性。

（3）系統(tǒng)：一體化解決方案

無論是芯片還是算法都主要針對的是人形機(jī)器人運(yùn)動能力這一單一功能，為了能夠更好地解決人形機(jī)器人的運(yùn)動能力、感知能力與制造成本等綜合性問題，MPS在核心器件和算法突破的基礎(chǔ)上，提出一體化解決方案，將分散的器件、軟件整合為模塊化產(chǎn)品，通過統(tǒng)一的產(chǎn)品開發(fā)路線和整體生態(tài)系統(tǒng)，助力人形機(jī)器人的升級。

首先，MPS針對人形機(jī)器人小型化、模塊化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的需求，推出了基于系統(tǒng)級封裝（SiP）與合封技術(shù)（Co-Packaging） 的微型伺服驅(qū)動模組。該方案將專用控制MCU、電機(jī)驅(qū)動IC（如MP(Q)6547/AMP6543）以及功率MOSFET進(jìn)行同封裝集成，形成了“控制+驅(qū)動+功率”一體化模塊。

該模組的核心創(chuàng)新之一在于“算法與硬件的深度融合”：MCU內(nèi)置微型伺服控制算法，能夠支持FOC、梯形波、SVPWM等多種控制模式。算法方面，MPS自研的微型伺服控制算法棧從自適應(yīng)FOC算法、振動抑制與噪音優(yōu)化、實(shí)時(shí)電流前饋與擾動補(bǔ)償?shù)确矫鎸﹄姍C(jī)進(jìn)行優(yōu)化。硬件方面，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)電流、速度、位置三環(huán)控制，響應(yīng)時(shí)間<1ms，并支持CAN FD、I2C、SPI等通信接口，便于與上層主控（如ROS系統(tǒng)）高效交互。

在封裝上，模塊采用QFN-18（3mm×4mm）、QFN-24等超小封裝，結(jié)合3D堆疊與芯片倒裝（Flip-Chip）工藝，并集成空心杯電機(jī)、行星齒輪箱與驅(qū)動控制單元，不僅能提升焊接可靠性與散熱性能，還能顯著降低PCB占用面積，適用于手指關(guān)節(jié)、頸部、手腕等狹小空間，在靈巧手、微型執(zhí)行器等人形機(jī)器人核心零部件擁有廣泛應(yīng)用空間。

設(shè)計(jì)方面，為提高人形機(jī)器人的效率，MPS從電機(jī)驅(qū)動器芯片入手，其中MP(Q)6547A集成集成6顆低內(nèi)阻MOSFET（高邊60mΩ，低邊50mΩ），將導(dǎo)通損耗降低30%以上；MP6543集成3.3V/100mA LDO，為MCU和傳感器供電，從而減少外部電源模塊需求，提升了系統(tǒng)集成度。此外，該驅(qū)動模組還采用自動同步整流+智能休眠模式，避免續(xù)流損耗的同時(shí)還能減少能量損耗。

此外，該電機(jī)驅(qū)動方案充分注意人機(jī)共處安全問題，不僅內(nèi)置多重保護(hù)機(jī)制，如過流保護(hù)（OCP）、過溫關(guān)斷（0TP）、故障上報(bào)（nFAULT）等，還支持遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)測性維護(hù)，通過SPI / I2C診斷接口，可讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器，從而實(shí)現(xiàn)全鏈路故障保護(hù)與診斷。

MPS通過合封技術(shù)，將傳統(tǒng)分立的控制器、驅(qū)動器、傳感器信號調(diào)理電路整合為單一模塊，形成了一整套完整的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在高功率密度、低噪音、快速響應(yīng)的基礎(chǔ)上，在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度集成與智能控制，以適應(yīng)人形機(jī)器人向類人化、自主化、輕量化發(fā)展的趨勢。

除了高性能、高集成度的電機(jī)驅(qū)動解決方案，MPS還研發(fā)出了集成了行星齒輪箱、空心杯電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動的空心杯電機(jī)一體化產(chǎn)品，如MMS1RH系列產(chǎn)品。

與模組不同的是，MPS推出的8-16mm直徑的空心杯電機(jī)一體化設(shè)計(jì)方案，集成磁編碼器+驅(qū)動器+微型減速器+FOC算法+三環(huán)控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了“電機(jī)+驅(qū)動+減速+傳感”的全動力系統(tǒng)整合，有效降低手部主控MC的要求。

該方案極具競爭力，不僅能適配靈巧手掌心、手指等不同尺寸關(guān)節(jié)，滿足客戶的不同需求，還能夠幫助客戶縮短開發(fā)周期30%以上，同時(shí)極大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和調(diào)試的便易性。

以MMS1RH系列產(chǎn)品為例，其集成了伺服驅(qū)動器、位置編碼器、永磁同步電機(jī)，SPI時(shí)鐘頻率8MHz，不僅能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，還能夠通過C語言EasyFOC庫拓展電機(jī)的控制功能，從而在速度和位置控制模式下運(yùn)行。

可以說，MPS憑借其豐富的生產(chǎn)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)與敏銳的市場洞察力，通過前瞻性布局，以人形機(jī)器人客戶的需求為出發(fā)點(diǎn)，推出了具有小型化與高度集成化優(yōu)勢的系統(tǒng)性解決方案。其“芯片+算法+系統(tǒng)”的三位一體創(chuàng)新，為解決當(dāng)前的人形機(jī)器人技術(shù)痛點(diǎn)提供了思路。

▍小型化與高度集成化的系統(tǒng)性解決方案

從MPS的“三位一體”創(chuàng)新架構(gòu)能夠看出其聚焦小型化與高度集成化的設(shè)計(jì)方向，這也是人形機(jī)器人核心部件的發(fā)展趨勢。

這種趨勢源于應(yīng)用場景的現(xiàn)實(shí)需求，為切合工業(yè)場景中柔性制造的快速切換需求、家庭場景與服務(wù)場景中的安全交互需求，小型化與高度集成化的設(shè)計(jì)能夠有效提升空間利用率，從而減少系統(tǒng)能耗，為人形機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)場景的落地提供了實(shí)用價(jià)值。

MPS抓住人形機(jī)器人的顯示應(yīng)用需求，通過硬件極致整合、算法深度嵌入與系統(tǒng)模塊化交付的協(xié)同創(chuàng)新，在縮小物理尺寸的同時(shí)，避免性能損耗，從器件到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全鏈條優(yōu)化，包括芯片的超小封裝、模組的合封技術(shù)等等，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能的完整，最終解決人形機(jī)器人核心部件的空間受限與成本高等問題。

可以說，MPS通過“芯片+算法+系統(tǒng)”的集成化設(shè)計(jì)，在空間、性能與成本這三個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)突破，既能滿足機(jī)器人核心部件的尺寸限制，又能在集成后實(shí)現(xiàn)響應(yīng)速度、效率等性能的提升，還能減少所需器件數(shù)量并縮短開發(fā)周期，從而降低整體的生產(chǎn)成本。這種設(shè)計(jì)恰好命中人形機(jī)器人的核心痛點(diǎn)，更能為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的生態(tài)帶來核心價(jià)值思考。

首先是技術(shù)突破上，MPS的一體化解決方案，將復(fù)雜的底層技術(shù)封裝為模塊化產(chǎn)品，為人形機(jī)器人開發(fā)所需跨越的技術(shù)鴻溝搭建了橋梁，從而加速技術(shù)迭代與場景拓展；其次是成本上，MPS通過集成化設(shè)計(jì)，不僅能減少了器件數(shù)量更降低了裝配與調(diào)試成本，從而加速了人形機(jī)器人進(jìn)入消費(fèi)市場的進(jìn)程；最后，MPS在產(chǎn)品研發(fā)上始終兼顧人形機(jī)器人部件的性能與安全性，不僅內(nèi)置多重保護(hù)機(jī)制與故障檢測診斷機(jī)制，還將AEC-Q100認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)引入，從多層面保障人機(jī)交互安全。

MPS以“芯片+算法+系統(tǒng)”的三位一體解決方案，將自身產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域從IC拓展到整個(gè)人形機(jī)器人，從技術(shù)、成本與安全等方面提供了合適的產(chǎn)品思路，正加速駛?cè)肴诵螜C(jī)器人賽道，未來有望成為這場競速賽中的“破局者”之一。