機(jī)器人關(guān)節(jié)控制是人型機(jī)器人和具身智能領(lǐng)域的核心技術(shù)，直接決定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度、響應(yīng)速度和任務(wù)執(zhí)行能力。隨著智能制造、醫(yī)療機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，關(guān)節(jié)控制芯片需滿足高算力、高集成度和低功耗的需求，以實(shí)現(xiàn)多自由度的實(shí)時(shí)協(xié)同控制。尤其在人型機(jī)器人中，數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)關(guān)節(jié)的精確協(xié)調(diào)，不僅需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，還需高效的通信協(xié)議支持，如EtherCAT，以確保高可靠性和實(shí)時(shí)性。這種技術(shù)突破對(duì)推動(dòng)機(jī)器人從工業(yè)應(yīng)用走向家庭、醫(yī)療等場(chǎng)景具有重要意義，為智能社會(huì)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。高效的關(guān)節(jié)控制芯片將助力機(jī)器人產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)更靈活、更智能的自動(dòng)化解決方案。

2025年5月12日，在東莞市松山湖凱悅酒店舉行的第十五屆松山湖中國(guó)IC創(chuàng)新高峰論壇上，上海先楫半導(dǎo)體嵌入式專家及產(chǎn)品總監(jiān)費(fèi)振東先生發(fā)表了題為《HPM6E8Y：機(jī)器人關(guān)節(jié)“芯”時(shí)代的實(shí)時(shí)控制芯片》的演講。費(fèi)先生向與會(huì)者介紹了HPM6E8Y芯片，這款專為機(jī)器人關(guān)節(jié)控制設(shè)計(jì)的芯片，及其在推動(dòng)機(jī)器人和具身智能發(fā)展中的重要作用。他還分享了上海先楫半導(dǎo)體在高性能微控制器（MCU）領(lǐng)域的創(chuàng)新成果及其對(duì)行業(yè)未來(lái)的展望。

HPM6E8Y：機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的突破

HPM6E8Y是上海先楫半導(dǎo)體HPM6E系列的最新成員，該系列于2024年6月發(fā)布時(shí)因其創(chuàng)新性受到業(yè)界廣泛關(guān)注。作為國(guó)內(nèi)首款獲得德國(guó)EtherCAT從站控制器正版授權(quán)的芯片，HPM6E系列在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域表現(xiàn)卓越。EtherCAT是一種基于以太網(wǎng)的高帶寬、高可靠性工業(yè)通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于伺服控制器與驅(qū)動(dòng)器之間的連接，尤其在機(jī)器人和具身智能領(lǐng)域需求旺盛。

人型機(jī)器人通常由多個(gè)電機(jī)（即“自由度”）組成，少則十幾個(gè)，多則上百個(gè)。完成行走、抓取等動(dòng)作需要多個(gè)電子控制單元（ECU）協(xié)同工作。傳統(tǒng)機(jī)器人多采用RS485等通信協(xié)議，但費(fèi)先生指出，基于以太網(wǎng)的EtherCAT技術(shù)正成為趨勢(shì)，因其高速度和高可靠性。HPM6E8Y在HPM6E系列基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升集成度，集成了兩個(gè)以太網(wǎng)PHY物理層收發(fā)器，滿足人型機(jī)器人對(duì)芯片小型化和高集成度的需求。該芯片已廣泛應(yīng)用于多家企業(yè)的機(jī)器人關(guān)節(jié)組件開(kāi)發(fā)，展現(xiàn)了其在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。

機(jī)器人關(guān)節(jié)控制面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)，包括實(shí)時(shí)性、精確性和低功耗。HPM6E8Y通過(guò)高性能計(jì)算和優(yōu)化的通信架構(gòu)，解決了這些問(wèn)題。例如，其支持高精度位置反饋和多軸同步控制，能夠在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜動(dòng)作的協(xié)調(diào)。此外，芯片的低功耗設(shè)計(jì)使其適用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的機(jī)器人系統(tǒng)，延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航時(shí)間。這些特性使HPM6E8Y在人型機(jī)器人、工業(yè)機(jī)械臂和服務(wù)機(jī)器人等場(chǎng)景中具有廣泛應(yīng)用前景。

HPM6E8Y的技術(shù)亮點(diǎn)

HPM6E8Y芯片專為實(shí)時(shí)控制設(shè)計(jì)，具備以下核心特性：

·雙核600 MHz RISC-V CPU：提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，滿足復(fù)雜控制需求。

·大容量片上內(nèi)存：包含2 MB SRAM，其中每個(gè)內(nèi)核配備256 KB本地存儲(chǔ)器，支持零等待高頻訪問(wèn)。

·高級(jí)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)：集成EtherCAT從站控制器、支持TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）的千兆以太網(wǎng)控制器及普通以太網(wǎng)控制器。

·強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能：支持32通道高分辨率PWM，可單芯片控制四軸電機(jī)，配備四組高精度位置傳感器輸入/輸出。

·模擬功能：集成四個(gè)16位SAR ADC及兩個(gè)四通道（共八通道）Sigma-Delta數(shù)字濾波模塊，用于高精度電流和電壓感知。

·緊湊封裝：提供兩種尺寸精簡(jiǎn)的封裝選項(xiàng)——289引腳14x14 mm BGA和196引腳12x12 mm BGA。

此外，HPM6E系列還包括單核版本HPM6E6Y，功能與HPM6E8Y相近，同樣采用196引腳12x12 mm封裝。相較于HPM6E系列其他產(chǎn)品，HPM6E8Y和HPM6E6Y新增了4 MB閃存和兩個(gè)100 Mbps以太網(wǎng)PHY，進(jìn)一步提升集成度。

滿足機(jī)器人與安全需求，為開(kāi)發(fā)者提供全面支持

HPM6E8Y體現(xiàn)了先楫半導(dǎo)體對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服控制需求的深刻理解，集高算力、電機(jī)控制和高速可靠的以太網(wǎng)組網(wǎng)于一體。特別值得一提的是，該芯片集成了先進(jìn)的信息安全功能。隨著機(jī)器人進(jìn)入家庭及敏感行業(yè)，信息安全成為關(guān)鍵考量。HPM6E8Y通過(guò)硬件加密模塊和安全啟動(dòng)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備操作的安全性，為機(jī)器人進(jìn)入醫(yī)療、物流和公共服務(wù)等敏感領(lǐng)域提供了可靠保障。

上海先楫半導(dǎo)體不僅提供高性能芯片，還為客戶和開(kāi)發(fā)者提供了關(guān)節(jié)伺服參考設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)以HPM6E6Y為核心，集成在緊湊的PCB上，包含EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口、MOSFET功率驅(qū)動(dòng)模塊，并支持24V低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)支持EtherCAT CiA 402協(xié)議及實(shí)時(shí)OTA在線升級(jí)。先楫公開(kāi)了硬件和軟件設(shè)計(jì)資料，幫助開(kāi)發(fā)者快速推進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

為進(jìn)一步降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻，先楫還提供完整的開(kāi)發(fā)工具鏈，包括軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）、調(diào)試工具和示例代碼。這些資源幫助開(kāi)發(fā)者快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)理念并將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品。例如，基于HPM6E8Y的關(guān)節(jié)伺服參考設(shè)計(jì)已被多家企業(yè)用于開(kāi)發(fā)輕量化、高效率的機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊，顯著縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

機(jī)器人與具身智能的廣泛布局

上海先楫半導(dǎo)體的產(chǎn)品線覆蓋了機(jī)器人和具身智能的多種場(chǎng)景。除了HPM6E8Y用于關(guān)節(jié)伺服控制外，近期推出的HPM5E系列支持總線型運(yùn)動(dòng)控制，HPM6P和HPM6R系列適用于非總線型運(yùn)動(dòng)控制，而入門(mén)級(jí)的HPM53系列可用于編碼器、傳感器等應(yīng)用。此外，先楫的產(chǎn)品還應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制器、靈巧手關(guān)節(jié)、激光雷達(dá)及姿態(tài)感知單元（IMU），展現(xiàn)了其在具身智能領(lǐng)域的廣泛適用性。

在應(yīng)用場(chǎng)景方面，HPM6E8Y不僅限于人型機(jī)器人，還可用于工業(yè)自動(dòng)化中的協(xié)作機(jī)器人和智能制造設(shè)備。例如，在智能工廠中，HPM6E8Y可驅(qū)動(dòng)多軸機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)高精度裝配和快速響應(yīng)。此外，其高集成度和低功耗特性使其在移動(dòng)機(jī)器人（如服務(wù)機(jī)器人和物流機(jī)器人）中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這些應(yīng)用場(chǎng)景凸顯了先楫在推動(dòng)智能制造和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)升級(jí)中的重要作用。

自2020年6月成立以來(lái)，上海先楫半導(dǎo)體專注于微控制器（MCU）及單片機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)。公司產(chǎn)品以兩大特色為核心：一是高性能，聚焦于主頻達(dá)數(shù)百兆赫茲的高端MCU領(lǐng)域；二是采用開(kāi)源RISC-V指令集架構(gòu)。成立四年來(lái)，先楫已量產(chǎn)發(fā)布八大系列產(chǎn)品，構(gòu)建了較為完整的產(chǎn)品線，覆蓋通用MCU及特定應(yīng)用場(chǎng)景。例如，2021年公司發(fā)布了首款雙核800 MHz的HPM6750芯片，該產(chǎn)品曾在芯原舉辦的論壇上首次亮相，受到廣泛關(guān)注。

隨后，先楫推出了通用MCU產(chǎn)品線，包括HPM63系列和最小型的HPM53系列（主頻480 MHz，適用于48至100引腳的封裝）。除了通用MCU，公司還開(kāi)發(fā)了面向特定領(lǐng)域的芯片，例如HPM68系列，集成了芯原半導(dǎo)體的2.5D GPU，專為圖形顯示優(yōu)化。此外，在工業(yè)自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制及機(jī)器人領(lǐng)域，先楫推出了HPM6E系列和近期發(fā)布的HPM5E系列。

展望未來(lái)，上海先楫半導(dǎo)體將繼續(xù)深耕機(jī)器人和具身智能領(lǐng)域，計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化芯片性能，擴(kuò)展產(chǎn)品線以覆蓋更多應(yīng)用場(chǎng)景。公司還致力于構(gòu)建開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng)，與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作伙伴共同推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的商業(yè)化落地。費(fèi)先生在演講中表示，先楫希望通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新，為全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提供更高效、更安全的芯片解決方案，助力智能技術(shù)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

結(jié)語(yǔ)

HPM6E8Y芯片是上海先楫半導(dǎo)體在機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域創(chuàng)新的里程碑。憑借高性能、先進(jìn)連接性和緊湊設(shè)計(jì)，該芯片滿足了人型機(jī)器人和具身智能應(yīng)用的復(fù)雜需求。結(jié)合全面的開(kāi)發(fā)者支持和豐富的產(chǎn)品生態(tài)，先楫半導(dǎo)體正推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，為智能、安全的機(jī)器人解決方案走進(jìn)千家萬(wàn)戶和各行各業(yè)奠定基礎(chǔ)。隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，HPM6E8Y及其系列產(chǎn)品無(wú)疑將在全球市場(chǎng)中扮演重要角色。