
ROBOT INDUSTRY
人形機器人的崛起,對產業鏈上游關鍵部件的研發提出了更高的性能要求。在2025慕尼黑上海電子展中,德州儀器面向人形機器人推出系統級解決方案,圍繞邊緣AI打造一系列創新產品,為工程開發提供新參考。作為半導體領域的龍頭廠商,德州儀器扎根基礎元器件研發九十余載,在專注底層工具研發的同時,主動順應變革趨勢推陳出新,在守正與創新中不斷找尋最佳平衡點。
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人形機器人作為融合人工智能、高端制造、新材料等先進技術于一體的智能裝備,有望成為繼個人計算機、智能手機、新能源汽車之后的新型智能終端,深刻變革社會生產生活方式,形成萬億級大市場,為加快推進產業數字化轉型和智能化升級提供強勁驅動力。從行為特征看,人形機器人能夠實現類人動作,從而在不改變基礎環境的前提下執行作業任務,這主要得益于關節的靈活精準響應和整機的敏捷穩定控制。
在2025慕尼黑上海電子展上,人形機器人成為當之無愧的核心話題,各家半導體廠商競相展示技術產品適配能力,為迎接新一輪產業變革做好十足準備。德州儀器(Texas Instruments)聚焦人形機器人集中亮相多款關鍵部件和系統級解決方案,圍繞安全、智能、高效詮釋研發理念,傳遞出對工業設計的嚴謹追求。作為一家擁有95年發展歷史的老牌半導體廠商,德州儀器始終專注于電子系統的底層邏輯與核心能力,持續打磨成本更低、能效更高的價值硬件,主動擁抱產業變革。
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圖1 德州儀器中國區技術支持總監趙向源
相比傳統工業機器人,以人形機器人為代表的新興整機產品快速興起,在短期內對產業鏈上游核心硬件的技術能力提出了更高要求。更高的自由度意味著機器人需要搭載更多電機和驅動器,以及更優的通信架構;更長的續航時間意味著更精巧的電機設計和控制方法。這些隱藏在功能背后,基于底層關鍵技術創新和經驗優化的核心專業能力,正是德州儀器長期以來深耕的細分領域。
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氮化鎵功率半導體產能提升四倍
在功率電子領域,新工藝是推動性能提升的關鍵路徑,但新材料的應用同樣不容小覷。近年來,作為第三代半導體材料的代表,氮化鎵(GaN)的應用備受關注。從電子設備的快速充電器到光伏逆變器,再到機器人電機驅動控制,氮化鎵在越來越多的領域替代硅基器件,成為炙手可熱的產業新星。
相較于以硅(Si)、鍺(Ge)為代表的第一代半導體材料,氮化鎵的禁帶更寬,臨界電場更高,意味著更難導電、更耐高壓,適用于新能源汽車、光伏發電、衛星通信和工業等高功率場景。同時,氮化鎵材料具有更高的頻率特性和功率密度,能夠進一步壓縮產品體積,在單位空間輸出更高功率。數據顯示,氮化鎵在光電器件、射頻器件的市場占比分別達到65%和30%。集邦咨詢預測,2030年全球氮化鎵功率器件市場規模有望達到43.76億美元。隨著新一輪科技革命和產業變革深入演進,氮化鎵技術將迎來前所未有的發展機遇,這也對業內廠商的研發和量產能力提出了更高要求。
基于在氮化鎵領域的長期研發探索,德州儀器已成功驗證200mm氮化鎵技術,并在位于日本會津的工廠實現批量生產,整體產能較過去提升四倍。此外,德州儀器還成功進行了300mm晶圓氮化鎵制造工藝的試點,意味著可將氮化鎵器件擴展至900V以上高電壓場景,進一步拓寬應用邊界。預計到2030年,德州儀器內部制造率有望突破95%,實現氮化鎵高功率、高能效半導體產品的穩定供應。
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面向人形機器人的系統級解決方案
當前,靈巧化、精細化、輕量化正在成為機器人迭代演進的主流趨勢,不斷刷新電機的驅動和控制要求。以手術機器人為例,既要以小體積為醫生操控提供便利,又要通過對電機轉速、扭矩的精確控制,實現精準連貫的動作輸出。同理,人形機器人的快速商業化,無疑對電機驅動控制帶來了更多挑戰。
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圖2 面向人形機器人的系統級解決方案
在2025慕尼黑上海電子展期間,德州儀器亮相人形機器人系統級解決方案,包括基于GaN的高功率密度電機控制、小型4kW電機控制、用于人類協作的傳感器融合、單線對以太網通信等參考設計和實物產品。其中,基于GaN的高功率密度電機控制參考設計是一款48V/16A的三項逆變器(TIDA-010936),通過集成驅動器可顯著減小寄生參數對氮化鎵的影響,器件體積相比MOSFET縮小50%,并且數字信號輸出抗干擾性優秀,通過提高過采樣率(OSR)可實現大于12Bit ENOB采樣。小型4kW電機控制參考設計是一款48V三項逆變器(TIDA-010956),具有85ARMS輸出電流和20VDC至80VDC寬輸入電壓,使用并聯MOSFET的DRV8162提供高電流能力,通過外部板支持安全扭矩關閉 (STO) 功能,確保機器人在遇到突發狀況時緊急停止,防止意外啟動。用于人類協作的傳感器融合包括IWR6843 TI毫米波雷達傳感器和AM62Ax基于Arm?的處理器,具有精確的距離測量、多物體跟蹤和人機交互中的安全防護能力。單線對以太網通信包括DP83TC812x-Q1 100BASE-T1以太網PHY和AM261基于Arm?的微控制器,支持高達千兆速率的各種工業通信協議,同時能夠有效降低電纜重量、復雜性,以及機器人設計中的故障點。
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重構多遠場景下的邊緣AI生態
德州儀器認為邊緣AI將在未來很長一段時間保持快速發展,為此展開了積極布局,主動順應市場的動態變化,滿足需求端的多樣化訴求,為不同現實場景提供底層技術支持。
在工業領域,德州儀器基于邊緣AI的智能電機故障檢測參考設計,可通過微控制器控制兩臺電機,同時在其神經網絡處理單元(NPU)上運行卷積神經網絡模型,以檢測電機故障。通過使用TI C2000微控制器,無需主CPU運行卷積神經網絡模型,從而為電機故障檢測保留帶寬。
在醫療領域,德州儀器展示了醫療貼片和生命體征監測產品,即TIDA-010288可穿戴生命體征監測參考設計,能夠實現對心電信號、心率、呼吸、起搏脈沖和溫度等生命體征的持續監測。該設計使用AFE159R4實現低功率、高分辨率、高度集成的心電信號采集,數據由MSPM0 MCU通過邊緣AI硬件加速器進行處理,實現實時心律失常分類,并通過CC2340R5將心電信號和分類數據傳輸至手機或醫療監測系統等遠程終端。
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圖3 醫療貼片和生命體征監測產品
在出行領域,德州儀器通過邊緣AI進行人員識別的實時監控攝像頭,演示了在邊緣端實時采集視頻、執行機器學習推理,以及對食品進行注釋和編碼的能力,并通過Wi-Fi串流。該無線解決方案可用于后視鏡流媒體顯示和車內監控等現實場景,提升出行安全體驗。
工欲善其事,必先利其器。面對日新月異的機器人產業變革和人工智能技術突破,德州儀器始終扎根半導體領域,為工程師打造更加得心應手的工具,在幾十年如一日的堅守中,不斷探尋未來趨勢,于守正和創新中找到最佳平衡點。正如德州儀器中國區技術支持總監趙向源所言:“我們期望發揮強大的創新能力和技術優勢,始終如一地提供模擬和嵌入式處理產品,助力工程師重新定義設計理念,打造更加智能、高效和可持續的未來。”
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