電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文 / 吳子鵬）2025 年，全球 AI 與機器人產業(yè)正站在歷史性的轉折點上。在技術不斷迭代以及政策大力支持的雙重驅動下，人形機器人這一先進的產品形態(tài)正從實驗室逐步邁向工廠、醫(yī)院乃至家庭，勢必深刻改變人類社會的運行模式。

在《人形機器人的電機控制和傳感器》專題中，瑞薩電子嵌入式處理器事業(yè)部高級經(jīng)理劉濤在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時表示，人形機器人被譽為 “人工智能 +” 的重要突破口。從結構組成來看，人形機器人主要由驅動、感知、控制三大系統(tǒng)構成，而芯片則是這三個系統(tǒng)的核心所在。在人形機器人的關節(jié)電機驅動以及傳感融合等關鍵領域，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)部高級經(jīng)理劉濤

瑞薩電子在人形機器人控制和驅動方面的布局

在人形機器人中，上述三大系統(tǒng)各自發(fā)揮著關鍵作用。具體表現(xiàn)如下：?
驅動系統(tǒng)：驅動位置決定了不同驅動器的需求，不同的電機類型也對應著不同算法，常見的有 FOC 算法等。

控制系統(tǒng)：人形機器人需要執(zhí)行復雜多變的動作，其自由度越來越高，對周圍環(huán)境的響應速度也越來越快。從平穩(wěn)行走到精準抓取，再到維持平衡，背后離不開高精度的運動控制算法、快速響應的通信接口、靈活的網(wǎng)絡拓撲、更多的電機驅動器，以及能夠支撐算法和算力的控制芯片，以此確保機器人動作流暢且精準。

感知系統(tǒng)：人形機器人需借助多種傳感器（如視覺傳感器、力傳感器、陀螺儀等）來感知環(huán)境，并對這些傳感器信號進行高效采集、處理與融合。

劉濤指出，針對上述需求，瑞薩正在加速布局。首先，針對機器人手臂關節(jié)驅動，瑞薩電子推出了已量產的 RZ/T2M、RZ/T2L 或者 RZ/N2L 系列產品。該系列產品不僅支持 EtherCAT 網(wǎng)絡通信，還配備了專用的絕對值編碼器接口，如 BiSS、Endat、Hiperface 等，以及增量式編碼器接口，可滿足電機位置信息捕獲需求，支持 2 個或更多編碼器接口。此外，還有豐富的電機外設接口，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，特別契合機器人手臂的小型化設計目標。?

目前，圍繞 RZ/T2L 等系列產品，瑞薩電子在伺服電機驅動方面已積累了大量成功案例。同時，瑞薩也正計劃開發(fā)基于下一代 RA8 M85 內核 MCU 的人形機器人關節(jié)驅動解決方案。屆時，客戶可基于瑞薩的參考設計，快速部署原型機并投入量產，相關硬件原理圖、軟件例程、底層驅動等資料都將免費提供給客戶參考。

針對多個自由度的機器手臂控制，瑞薩電子已量產 RZ/T2H MPU。該芯片集成了四個高性能的 Cortex - A55 核和兩個實時控制 Cortex - R52 核，具備強大的應用處理能力與實時性能。它不僅能夠實現(xiàn)對多達 9 軸工業(yè)機器人電機的高速、高精度實時控制，為機器人賦予強大的運動控制能力及網(wǎng)絡通信能力，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間敏感網(wǎng)絡 TSN 和工業(yè)以太網(wǎng)在內的各種網(wǎng)絡通信，使人形機器人能夠與外部設備實現(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 新產品量產上市的研發(fā)速度，持續(xù)縱橫雙向拓展產品布局，以滿足未來更復雜的人形機器人及其他應用需求。

瑞薩電子在人形機器人感知和傳輸方面的布局?

前文提到了人形機器人感知系統(tǒng)的基本構成，視覺傳感器、觸覺傳感器、慣性測量單元（IMU）、六維力傳感器為人形機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)行復雜任務。下面來分析一下感知系統(tǒng)的作用：它是人形機器人環(huán)境感知與信息輸入的端口，能夠實時采集環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，構建動態(tài)空間模型，幫助機器人識別障礙物、地形特征及物體位置，提供全面的環(huán)境信息輸入；它也是人形機器人人機交互的基礎，使機器人能夠感知接觸壓力、溫度等，實現(xiàn)與人類的輕柔互動，并可識別人體動作、面部表情及語音指令，增強服務場景下的自然交互能力。

針對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。為助力人形機器人實現(xiàn)領先的視覺感知能力，瑞薩電子通過旗下高性能的 MCU 和 MPU 支持視覺傳感器的數(shù)據(jù)處理，從而確保復雜圖像信息能夠被高效且精準地捕獲。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（動態(tài)可重配置處理器）加速器和高性能實時處理器，具備高算力、低功耗的特性，無需冷卻風扇，即可滿足處理復雜的實時物體識別及推理任務，非常適合機器人應用所需的動態(tài)計算以及實時處理性能。

RZ/V2H介紹

在 AI 算法上，瑞薩電子專注于視覺識別的 AI 應用層面。比如，在 RZ/V2H 上集成了瑞薩電子獨創(chuàng)的 AI 加速器 DRP - AI（動態(tài)可重配置處理器），可提供高達 8TOPS（緊密模型）的算力及高達 10TOPS/W 的極佳 AI 能效。其低功耗特性無需冷卻風扇，非常適合人形機器人電池供電，能最大限度提高效率，延長機器人的工作時間。

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，能夠為高精度的傳感器提供完整的感知能力。不僅如此，瑞薩電子還提供傳感器部件中的模擬芯片，用于調節(jié)溫度、速度、位置、配電等。此外，為實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的高效處理和融合，瑞薩具備強大計算能力和豐富模擬外設的 RA 系列 MCU 和 RZ 系列 MPU，能夠支持復雜的傳感器融合算法。結合深度學習技術，瑞薩電子的解決方案能夠在端點設備上運行先進的傳感器融合算法，助力系統(tǒng)實現(xiàn)快速決策推斷。

在傳感融合算法方面，瑞薩電子擁有專為非視覺感應設計的先進信號處理方法，用于數(shù)學計算、端側部署。例如，瑞薩的 Reality AI 平臺工具使用 SVM（支持向量機，Support Vector Machines）和 NN（神經(jīng)網(wǎng)絡，Neural Network）作為模型的基本算法，其獨具特色的探索特征空間的算法，可用于區(qū)分不同類別、預測變量或檢測異常等不同應用，擁有多項技術專利，能夠幫助開發(fā)者在云端構建專屬的 AI 模型，并在本地邊緣節(jié)點上完成部署。

Reality AI平臺工具

最后，無論是控制、驅動，還是感知，這些信號都需要傳輸。傳統(tǒng)電機方案通信接口較為單一，而人形機器人變得越來越復雜且精確，這就要求在設計時配備一個快速、實時性強的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)需支持不同關節(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，對器件的要求尤為苛刻。?

針對高效的信號傳輸需求，瑞薩電子推出的 RZ/T2x、RZ/N2x 系列家族 MPU 均能夠實現(xiàn) EtherCAT 的網(wǎng)絡通信，帶寬高達 1000Mbps，通過多路復用可實現(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，為機器人的網(wǎng)絡通信提供靈活的網(wǎng)絡拓撲。另外，瑞薩電子還全面支持 TSN 下一代千兆工業(yè)網(wǎng)絡，內置的千兆 TSN（基于 IEEE802.1Q 開發(fā)的一套協(xié)議標準）交換機，并搭配內置的千兆 MAC，支持時間同步 (802.1 AS - 2020, 802.1 AS - Rev)、數(shù)據(jù)調度和流量整形（Qbv）和幀搶占（Qbu/Qbr）等 TSN 協(xié)議族，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡的實時、確定性傳輸，實現(xiàn)人形機器人關節(jié)之間無縫的確定性協(xié)調，改善人形機器人關節(jié)作為一個子系統(tǒng)的實時決策和多個電機之間的同步、協(xié)調任務。?

除此之外，瑞薩電子旗艦產品 RZ/T2H 還配備了高性能多核處理器、高精度三相 PWM 定時器、用于測量電流值的 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），可實現(xiàn)對多達 9 軸工業(yè)機器人電機的高速、高精度控制。

RZ/T2H系統(tǒng)框圖

人形機器人的技術趨勢和瑞薩電子的應對之策?

美國高盛集團去年預測，到 2035 年，人形機器人的潛在市場規(guī)模預計將達到 380 億美元，屆時人形機器人出貨量將更多、成本將更低、盈利速度將更快。然而，目前眾多從業(yè)者認為這份預測過于保守。繼計算機、智能手機和新能源汽車之后，人形機器人被視作新一代具有顛覆性的智能終端，有望形成新的萬億元級別市場。那么，現(xiàn)階段人形機器人技術發(fā)展呈現(xiàn)怎樣的趨勢呢？劉濤圍繞電機驅動和傳感應用分別進行了解讀。

在人形機器人領域，電機控制技術正朝著更高精度與響應速度的方向發(fā)展。隨著應用場景的不斷拓展，機器人需要在復雜環(huán)境中完成高精度任務，例如抓取易碎物品或進行微創(chuàng)手術輔助。這就要求電機控制能夠精確調節(jié)扭矩和位置，同時具備快速響應能力，以實現(xiàn)自然流暢的運動。此外，高度集成化與小型化也是電機控制的重要發(fā)展趨勢。?

為滿足人形機器人對空間和重量的嚴格要求，未來電機控制硬件將更加緊湊，將電機、通信、驅動器、編碼器和控制器等集成在一起，形成高度集成的關節(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。在這個過程中，芯片是實現(xiàn)這些性能的核心基礎，高性能的微控制器（MCU）和數(shù)字信號處理器（DSP）等多核異構組合，構成了高性能處理能力與實時控制的硬件架構，能夠針對不同的應用場景，賦能相應的 CPU 內核快速處理復雜的電機控制算法，憑借豐富的電機外設，支持高精度的位置、速度和扭矩控制，內置的高速以太網(wǎng)控制器提供確定性的網(wǎng)絡通信保障。以上不同的功能特性集成在一顆小小的芯片上，為機器人不同部件的協(xié)作、執(zhí)行任務奠定堅實基礎。最后，先進的、小型化的芯片封裝技術，也為人形機器人的集成化和小型化設計提供了有力支撐。

在傳感技術方面，多模態(tài)感知融合是重要的發(fā)展趨勢。人形機器人將通過融合視覺、觸覺、聽覺等多種傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更全面的環(huán)境感知和理解。不可忽視的是，在這一過程中需要有專用芯片進行信號采集、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。?
人形機器人的發(fā)展歷經(jīng)多個階段，從早期簡單的機械構造與基礎功能，逐步演進到如今高度智能化、多功能集成的形態(tài)?，F(xiàn)階段，全球人形機器人產業(yè)已正式步入產業(yè)化落地階段。劉濤指出，從初期來看，人形機器人以基礎移動能力為核心研發(fā)，關鍵技術包括動態(tài)平衡控制和能耗優(yōu)化，應用場景主要集中在物流搬運和巡邏安防。隨著技術的不斷成熟，人形機器人將逐步向更高級的階段邁進，感知能力、認知能力和交互能力的提升將成為未來發(fā)展的重點。在機器人逐步升級的過程中，芯片產業(yè)也將迎來機遇與挑戰(zhàn)。

作為人形機器人的 “大腦”，高性能、低功耗的芯片將是推動其智能化、自主化進程的關鍵。隨著人形機器人對環(huán)境感知、決策制定、運動控制等能力需求的日益增長，主控芯片、傳感芯片、AI 芯片和邊緣計算芯片等的定制化需求會顯著增加。與此同時，能源效率成為芯片設計的重要考量因素。鑒于人形機器人需要長時間持續(xù)工作，且往往受限于電池容量，因此低功耗設計也將成為人形機器人芯片研發(fā)的關鍵要點。

面對廣闊的市場機遇，瑞薩將憑借深厚的技術積累，特別是在嵌入式處理、電源管理和模擬電路方面的專長，開發(fā)針對人形機器人特定需求的定制化芯片解決方案。通過優(yōu)化芯片架構，提升計算效率與能源管理水平，為人形機器人提供持久且高效的動力支持。此外，瑞薩還將加強與機器人制造商、AI 算法開發(fā)商及系統(tǒng)集成商的合作，共同推進人形機器人的智能化、自主化進程，確保產品能夠契合不斷變化的市場需求和行業(yè)標準。