7月1日,兆易創新把70多款產品和方案帶到了慕尼黑上海電子展的N5館。
四個產品線,存儲器、微控制器、模擬芯片、傳感器,全系出鏡,覆蓋了具身智能、數據中心、數字能源、汽車和消費電子五個賽道。
但今年的慕展上,機器人的產品密度明顯比往年要高出很多。
四個核心展品全部踩在具身智能行業最焦慮的兩件事上:關節怎么更精準地控制,以及力反饋怎么被毫秒級感知到。
機器人展區最核心的是一套六軸機械臂方案。
架構拆開來看是兩層:關節驅動器用的是GD32H75E這顆MCU跑底層伺服控制,上位機負責軌跡規劃和碰撞檢測。
這套方案的關鍵細節在編碼器。每個關節配了17位或18位的雙絕對值編碼器。
在機器人行業里,編碼器的位數直接影響關節角度分辨率,17位編碼器可以對一個圓周做13萬份等分,精度遠超普通工業伺服。
而且"雙絕對值"意味著即使系統斷電了再啟動,關節的位置信息不會丟失,不需要像增量編碼器那樣斷電以后重新找零點。
通信層走的是EtherCAT工業以太網,支持CoE協議和CiA 402標準。
CiA 402是機器人運動控制的事實工業標準,支持CSP(周期同步位置)、CSV(周期同步速度)、CST(周期同步轉矩)等六種控制模式。
這意味著這套方案不是原型Demo,它已經做到了可以和任何支持CiA 402協議的工業力矩傳感器、上位控制器組網的級別。
上位機端做了靜態OBB碰撞檢測和動態力控碰撞檢測。
在實際產線上,協作機器人面對的最危險場景不是按錯了按鍵,是機械臂在高速運動過程中突然碰到了人體或者設備。
OBB碰撞檢測通過包圍盒算法在毫秒級判斷機械臂和周圍物體的空間關系,動態力控則是通過電機電流波形異常來捕捉碰撞,兩條保險并行,不允許誤判也不許漏判。
展臺現場引起圍觀的是一臺叫"鋼镚L1"的四足機器人。
智身科技做的機器人本體,里面埋了多顆GD32 MCU。主板用GD32F303跑系統通信,IMU慣性測量單元用了GD32C103。
四足和雙足機器人在控制上的最大區別不是腿的數量,是關節自由度乘以每條腿的動態平衡需求的結果。
◎ 雙足人形機器人單腿通常是6個自由度(髖3個、膝1個、踝2個),四足通常單腿3到4個自由度。
◎ 但四足機器人在跑動中的沖擊頻率遠高于雙足走路,步態從走路切換到跑步的時候,觸地瞬間的沖擊力會達到身體重量的兩到三倍。
在這種高頻、高沖擊的動態環境下,MCU的實時性和總線通信穩定性是整套系統的生命線。
鋼镚L1在現場跑來跑去沒有宕機,驗證了GD32 MCU在機器人動態環境下的可靠性。而且這顆GD32C103用在了IMU數據采集上,IMU的加速度計和陀螺儀數據是機器人姿態估計算法的基礎輸入,數據采集出現抖動或者延遲,機器人的平衡控制會在幾個控制周期內崩潰。
機器人展區最不一樣的一個展品是GD30AD3642六維力檢測方案。
六維力傳感器和單軸力矩傳感器是兩回事。
◎ 單軸力矩只能測一個方向的力(比如電機輸出了多少牛米的力矩)。
◎ 六維力傳感器能同時測三個軸的力和三個軸的力矩,一共六個維度。
人形機器人的足踝接觸地面時、機械臂的末端夾爪抓取零件時、靈巧手擰螺絲時,需要知道的不是"我用了多大力",而是"在這個三維空間里,我夾住的這個螺絲正在往哪個方向滑"。
這六個維度的數據必須完全同步采集。哪怕其中任何一個軸的信號晚了一毫秒,系統收到的是一個扭曲的力信息,后續的力控算法就會做出錯誤的反饋。
GD30AD3642做到了六通道信號同時采樣,采集速率1K SPS,每秒在每個通道上采集1000次數據。換算下來,系統每毫秒就能更新一次完整的六維力狀態。
數據從傳感器到主控走的是EtherCAT總線。EtherCAT的延遲在微秒級別,從傳感器檢測到力的變化、到主控收到力數據、到主控下發力矩補償指令、到關節驅動器執行力矩調整,整個閉環可以在毫秒級別完成。
這對抓取輕薄的、易碎的、有彈性的物體,比如電子產線上抓一片PCB板、或者汽車裝配線上夾一塊玻璃,是致命的。抓力多了一點就碎,少了就滑,全靠力控反饋的閉環速度來保證。
GD30DC1901是一顆100V耐壓、1A輸出的同步降壓電源芯片,專門給機器人關節驅動器供電。
在48V伺服系統的標準架構下,電源管理芯片需要耐得住電機反電動勢產生的瞬時高壓尖峰,100V的耐壓給了足夠的安全裕度。
GD24CL是兆易創新在本屆慕展上首發的EEPROM產品,256Kb容量,數據保存100年,內置硬件ECC糾錯。
在機器人關節里,EEPROM通常用來存儲電機的校準參數、編碼器的零點偏移量和歷史故障日志。
兆易創新在機器人上的打法很有意思,不做"一顆芯片搞定所有事"的頂級SoC,而是用MCU控制關節、用Flash存儲固件和日志、用模擬芯片管理電源和信號鏈、用傳感器做力反饋。
這四類芯片在機器人身上的互動路徑是這樣的:
◎ GD32H75E MCU接收上位機發來的軌跡指令,跑伺服控制算法給電機發PWM波;
◎ 電機轉動以后,GD30AD3642采集六維力數據,通過SPI送回MCU;
◎ MCU根據力反饋調整下一幀的力矩輸出;
◎ GD30DC1901在整個過程中保持穩定的48V轉3.3V/5V供電;
◎ 而GD24CL EEPROM在系統初始化時把校準參數一次性加載到MCU的內存里。
這條鏈上的每個環節都有兆易自己的芯片在跑,圍繞"機器人BOM表里最核心的幾顆芯片能不能在一家供應商手里實現協同和優化"的系統競爭。
目前兆易已經和200多家機器人廠商完成了技術對接,其中超過100家在實際產品中使用了兆易的方案。從六軸協作機械臂到四足機器人再到人形機器人關節,這個客戶基數的增長速度比很多人的預判要快