編碼器芯片是對位置信號進行編碼的關鍵組件,常見類型包括磁性編碼器芯片、光學編碼器和電感編碼器。磁性傳感器通過磁鐵的旋轉或直線運動,感受磁場變化來反算芯片位移,具有抗粉塵、灰塵、水汽、油污干擾的優(yōu)勢,且擺放位置靈活,在人形機器人關節(jié)、磁性位移中占據主導地位。光學編碼器則利用透光、反射光原理,通過碼盤遮擋實現位置編碼,適用于旋轉和直線運動。電感編碼器則通過發(fā)射線圈和接收線圈,結合金屬周期性遮擋信號來確定位置。
人形機器人對編碼器芯片需求量大,旋轉關節(jié)需2個編碼器(電機端和軸端各1個),線性關節(jié)每關節(jié)需1個編碼器,典型14個關節(jié)則至少需要14個編碼器。隨著技術發(fā)展,對編碼器的低延遲要求日益提高,以確保機器人關節(jié)的快速響應。
昆泰芯微電子成立于2017年,其產品線主要聚焦于磁性傳感器、芯片及傳感信號調理芯片,覆蓋消費、汽車、工業(yè)等多個領域,并與眾多頭部廠商建立了量產合作關系。2025年5月12日,在第十五屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇上,泉州昆泰芯微電子CEO武建峰深入剖析了智能磁性傳感器在機器人與自動化領域的應用前景、技術挑戰(zhàn)及該公司的解決方案。
武建峰表示,機器人作為實現人類功能的物理設備,其核心要素包括感知、計算和執(zhí)行。感知依靠傳感器,類似于人類的五官,需具備廣度、速度、精度和可靠度;計算則依賴處理器,實現低功耗智能;執(zhí)行則要求機器人身手矯健,具備精準、快速的執(zhí)行力。
其中,就感知而言,機器人傳感器需滿足四個要求:廣度上,要覆蓋結構傳感器、紅外、紫外等更多維度,以實現更全面的環(huán)境感知;速度上,必須具備快速響應能力,有效避免因延遲而引發(fā)的問題;精度上,高精度是基礎標準,確保機器人每個動作都精準無誤;可靠度上,尤其在家庭等日常場景中,機器人需具備高度可靠性,防止意外發(fā)生,保障人員安全。
武建峰強調,機器人的安全性至關重要,尤其在家庭環(huán)境中。昆泰芯提出通過冗余設計(雙通道、多通道、自診斷、實時監(jiān)測)、安全認證和等級評估、通訊數據安全(遵循安全協(xié)議、防黑客入侵)以及功能安全(系統(tǒng)化管理,確保電子電器可編程系統(tǒng)在失效時仍能維持安全狀態(tài))等措施,來提升機器人安全性。
另一個挑戰(zhàn)是編碼器的成本,這是機器人普及的一大障礙。武建峰表示,當前編碼器成本較高,需通過優(yōu)化材料(磁鐵、芯片、電子結構件、結構體)、降低安裝公差、實現自學習、自修調、自校準、自適應等功能,來提高生產效率,降低成本。
針對這一挑戰(zhàn),昆泰芯推出的KTM5900芯片通過快速自學習自校準功能,解決了安裝誤差、磁鐵公差、熱脹冷縮等問題。該芯片采用高速采樣ADC,具備高速采樣率(1Mb/微秒數據輸出),確保信號精準,并通過線性補償、非線性補償等方法,滿足一鍵閉環(huán)自校準需求。此外,KTM5900還可適應不同安裝需求,實現高性價比。
目前,昆泰芯提供包括磁性、光學、電感在內的多種編碼器解決方案,以滿足不同應用場景需求。其中,磁性編碼器適用于大多數工業(yè)場景,光學編碼器適用于超高精度場景,電感編碼器則適用于電磁環(huán)境復雜的場景。
武建峰表示,機器人行業(yè)要切實落地,需解決安全、成本、易生產性等問題。首先,需建立一套標準確保機器人安全;其次,通過降低成本(行業(yè)普遍認為要降至兩年普工工資水平),促進機器人普及;最后,通過自校準、自適應等技術,提高生產效率。昆泰芯將繼續(xù)通過創(chuàng)新編碼器技術,解決行業(yè)痛點,推動機器人與自動化領域的持續(xù)發(fā)展。