電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）人形機器人控制器是人形機器人中的核心神經(jīng)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對機器人的運動進行細(xì)致規(guī)劃和控制，是機器人性能的決定性因素之一。

控制器通過軟件和硬件的緊密結(jié)合，實現(xiàn)對機器人運動的精準(zhǔn)控制。當(dāng)控制器接收到來自傳感器等部件的信號時，它會通過軟件部分的算法庫對信號進行處理和分析，規(guī)劃出機器人的運動軌跡，并通過硬件部分的工業(yè)控制板卡等部件發(fā)出相應(yīng)的控制指令給執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)在接收到指令后，會驅(qū)動機器人按照預(yù)定的軌跡進行運動，從而實現(xiàn)機器人的各種功能。

人形機器人控制器作用及特性

對于人形機器人來說，控制器的作用是什么？首先是運動規(guī)劃和控制，控制器能夠?qū)C器人的運動進行規(guī)劃和控制，確保機器人按照預(yù)定的軌跡準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。它能夠?qū)崿F(xiàn)機器人操作空間坐標(biāo)與關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換，完成高速伺服插補運算及伺服運動控制，以保證機器人運動的精準(zhǔn)度和響應(yīng)速度。

其次是動作指令發(fā)布和傳遞，作為機器人動作指令的發(fā)布和傳遞中心，控制器能夠?qū)⒉僮髡叩闹噶顐鬟_(dá)給機器人，并確保機器人按照指令進行相應(yīng)的動作。

接著是數(shù)據(jù)處理和傳輸，控制器可以對傳感器等部件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理和傳輸，減少機器人實際運動軌跡與期望目標(biāo)之間的偏差，保證機器人的運動精度。

控制器有著高實時性、高精度、模塊化結(jié)構(gòu)的特點。高實時性：人形機器人對控制系統(tǒng)的實時性要求極高，控制器需要能夠快速響應(yīng)并處理各種指令和數(shù)據(jù)，以保證機器人的運動性能。

高精度：控制器通過復(fù)雜的算法和精確的傳感器數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人運動的精確控制，減少運動軌跡與期望目標(biāo)之間的偏差。

模塊化結(jié)構(gòu)：由于人形機器人技術(shù)方案尚未定型，技術(shù)快速迭代，控制器適合采用模塊化結(jié)構(gòu)，從而便于更換組件，簡化創(chuàng)建不同控制器組合的過程。

人形機器人控制器的組成及芯片

從組成結(jié)構(gòu)來看，人形機器人控制器分為硬件和軟件兩部分。硬件部分主要包括工業(yè)控制板卡等核心部件，這些部件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。硬件的核心在于芯片，它決定了控制器的性能和穩(wěn)定性。控制器通過接收來自傳感器等部件的信號，經(jīng)過芯片的處理后，再發(fā)出指令給執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)對機器人運動的控制。

控制器的軟件部分則包含了操作系統(tǒng)和算法庫等關(guān)鍵要素，這些是實現(xiàn)機器人智能化、自主化運動的核心技術(shù)。

操作系統(tǒng)是控制器軟件部分的基礎(chǔ)，它負(fù)責(zé)管理控制器的硬件資源，為上層應(yīng)用程序提供運行環(huán)境。在人形機器人中，操作系統(tǒng)需要支持實時性高、任務(wù)調(diào)度靈活等特點，以滿足機器人對運動控制的嚴(yán)格要求。

算法庫是控制器軟件部分的核心，它包含了多種用于機器人運動控制的算法，如運動學(xué)控制算法、動力學(xué)控制算法、路徑規(guī)劃算法等。這些算法通過處理傳感器等部件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，規(guī)劃出機器人的運動軌跡，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令給執(zhí)行機構(gòu)。

底層算法庫中的運動學(xué)控制算法負(fù)責(zé)規(guī)劃機器人的運動軌跡，確保機器人末端執(zhí)行器能夠準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。它通過計算機器人各關(guān)節(jié)的角度和速度等參數(shù)，實現(xiàn)機器人從初始位置到目標(biāo)位置的平滑過渡。

應(yīng)用工藝算法則針對具體的應(yīng)用場景進行優(yōu)化，如抓取算法、行走算法等。這些算法通過結(jié)合機器人的動力學(xué)特性和環(huán)境信息，實現(xiàn)機器人在復(fù)雜環(huán)境中的高效作業(yè)。

就如上文所言，人形機器人控制器硬件的核心在于芯片，其芯片包括多種類型。其中，MCU是人形機器人中常見的芯片之一，它們集成了CPU、內(nèi)存、I/O接口等模塊，具有體積小、功耗低、成本適中等優(yōu)點。MCU主要負(fù)責(zé)處理基礎(chǔ)的控制邏輯和傳感器信號，執(zhí)行簡單的控制算法。不同品牌和型號的MCU眾多，如STM32、PIC、AVR等，它們在人形機器人控制器中均有應(yīng)用。

DSP是一種專門用于數(shù)字信號處理的芯片，具有強大的數(shù)字信號處理能力。在人形機器人中，DSP可以用于處理復(fù)雜的運動控制算法、圖像處理算法等，如實時圖像處理、運動軌跡規(guī)劃等。DSP的高性能計算能力使其在處理大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜算法時具有顯著優(yōu)勢。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，AI芯片在人形機器人中的應(yīng)用越來越廣泛。這些芯片專門設(shè)計用于執(zhí)行人工智能算法，如深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)等。AI芯片可以處理機器人的語音識別、圖像識別、自然語言處理等任務(wù)，提升機器人的人機交互能力和智能水平。

ASIC是一種為特定應(yīng)用而定制的芯片，具有高性能、低功耗、高集成度等優(yōu)點。在人形機器人中，ASIC可以用于實現(xiàn)特定的控制算法或功能模塊，如電機驅(qū)動控制、傳感器信號處理等。ASIC的定制化設(shè)計使其能夠針對特定應(yīng)用進行優(yōu)化，提升整體性能和效率。除此之外，人形機器人控制器中還涉及其他類型的芯片，如FPGA、GPU等。

寫在最后

隨著AI技術(shù)的加速迭代和人形機器人應(yīng)用場景的不斷拓展，控制器作為人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，將迎來更廣闊的發(fā)展空間。同時，隨著隨著人形機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，其芯片也在不斷進步和演進，未來人形機器人控制器芯片也將會朝著高性能、低功耗、多功能集成、安全性增強等方向發(fā)展。