半導體供應商破局人形機器人難題？MPS以三位一體新方案加速入場

近年來，人形機器人以迅猛的態勢發展起來，無論從技術、投融資規模、新品發布還是訂單數量來看，人形機器人已來到產業規模化爆發的關鍵節點，但要達到立德智庫預測的市場規模——2030年中國人形機器人市場規模預計達到1192.46億元，將占到世界總量的 32.7%——仍需要在技術上實現攻關。

目前來看，人形機器人行業仍面臨運動能力與穩定性、感知與認知能力、制造成本三大亟待突破的技術瓶頸，這成為制約其量產落地的關鍵障礙。

運動能力方面，人形機器人需要模擬人類的復雜動作，這對其關節驅動提出了極高的要求，而目前多數人形機器人的運動穩定性還未到能夠落地的要求，哪怕靜態站立人形機器人關節的電機也會持續耗能，續航能力上也能難以滿足長時間的作業需求。感知能力方面，人形機器人的感知精度與抗干擾能力還需要提升，多關節內部的協同控制容易失衡，同時在復雜環境中的理解與決策能力也有限。制造成本方面，人形機器人的核心部件需求多、成本高，各核心部件的單獨設計，不僅占用大量空間更推高了硬件成本。

而半導體巨頭MPS洞察到這些行業痛點，依靠自身在半導體領域的技術積累，于近日在上海舉辦的人形機器人解決方案發布會上，以“芯片+算法+系統”三位一體的創新架構，聚焦人形機器人的運動能力與穩定性不足、感知與認知能力有限以及制造成本高昂這三項技術難題，交出了一份針對性答卷。

從電機驅動芯片到高精度傳感器，從集成化模組到一體化電機，MPS 正用其在半導體領域的技術積淀，為人形機器人的突破提供底層動力支撐。

▍“芯片+算法+系統”三位一體架構下的創新產品

MPS此次針對人形機器人的解決方案采用“芯片+算法+系統”三位一體的架構，層層遞進，從芯片到算法再到系統，由此形成產品與解決方案的閉環，發布會的新品介紹也是如此，由點到面。

（1）芯片：核心器件突破

電機作為人形機器人核心零部件之一，與人形機器人的運動能力緊密相關，而要解決人形機器人的運動難題，電機驅動器芯片更是核心中的核心。

為此，MPS推出了針對三相無刷直流電機的MP(Q)6547A與MP6543兩款電機驅動器芯片，分別覆蓋中高電壓與低電壓低功耗的機器人應用場景，形成了較為完整的電機驅動解決方案。

MP(Q)6547A作為MPS針對人形機器人關節驅動開發的高集成度芯片，其性能直指行業痛點，工作電壓范圍覆蓋4V至32V，能夠根據客戶的實際應用進行調整，適配范圍更廣。驅動能力方面，該芯片內部集成了3個半橋驅動器與6個低內阻MOSFET，連續輸出電流可達3A，峰值電流更是高達6A，足以支撐關節的高負荷運動。同時，為了使得開發更加便捷，MP(Q)6547A內部充電泵支持100%占空比工作，具備自動同步整流功能。

更值得關注的是其極致的小型化設計，采用QFN-18封裝，尺寸僅3mm×4mm，帶可潤濕側翼的設計既提升了焊接可靠性，又減少了PCB占板面積。對于空間受限的關節（如手腕、手指），這種小封裝芯片可直接嵌入電機本體，無需額外預留驅動電路空間。此外，該芯片還內置過流保護（OCP）、過溫關斷（OTP）、欠壓 / 過壓保護（UVLO/OVP）等多重安全機制，能實時切斷輸出并上報故障，避免硬件損壞，提高了交互時的安全性。

而MP6543則聚焦低電壓、低功耗場景，其工作電壓范圍是3V至12V，內部同樣集成了3路半橋驅動器，每個MOSFET內阻110mΩ。同時，為了便于控制，MP6543支持PWM與ENBL輸入，支持霍爾信號輸入，內置3.3V/100mA LDO調節器，與MP(Q)6547A一樣具備自動同步整流功能。

此外，其內部雙向電流檢測放大器的加入，為電機電流的檢測提供了支撐。其封裝采用QFN-24封裝，能夠適配微型執行器的執行需求。

當然，人形機器人的運動能力不只與電機相關，人形機器人要想實現更好地運動控制，需要傳感器來提供精準的位置控制與環境感知。

MPS基于一直以來在磁性傳感器和編碼器等零部件領域的積累以及對傳感器的清晰認知，成功推出了基于磁阻效應的TMR傳感器MA600A和非接觸式、高精度磁性絕對角度位置差分傳感器MA900，形成了“高精度+抗干擾”的雙重保障。

MA600A的優勢在于其精度與適配性。精度方面，其工作范圍內的精度小于0.6度，經校準后的最終誤差(INL)可小于0.1度；適配性方面，MA600A的工作電壓為3V至3.6V，支持SPI、ABZ、PWM、UVW以及SSI的通信接口能夠適用于多種通信協議場合，加上支持菊花鏈配置，該傳感器的配置更加靈活，同時MA600A采用QFN-16封裝，直徑只有3mm，能夠輕松裝配到靈巧手中的各個位置。

而MA900則聚焦“抗干擾”需求，通過多個位置的磁場差異提取角度數據，能有效消除寄生磁場的影響。

無論是電機驅動器芯片還是傳感器，MPS通過在這些核心器件上的突破，實現了技術上的升級與戰略上的轉向，為解決人形機器人的“運動難題”提供了解決方案。

（2）算法：微型伺服控制算法

除在核心器件上實現突破，MPS還在算法層面進行深度優化，為人形機器人的擬人化動作提供支撐。

傳統開環控制難以滿足機器人動作的流暢性需求，MPS在驅動芯片中嵌入了自研的微型伺服控制算法棧，專為微型電機優化，核心包括自適應FOC算法、振動抑制與噪音優化、實時電流前饋與擾動補償三大功能。

其中，自適應FOC算法支持無感FOC與有感FOC雙模式，結合高頻注入法，能夠實現低速高轉矩啟動，提升起步平順性；振動抑制與噪音優化則通過內置S形加減速規劃器和隨機PWM調制技術來實現；實時電流前饋與擾動補償的功能則基于MA600A / MA900高精度角度傳感器的反饋，從而實現微秒級電流環響應，確保抓取、行走等動作的細膩力控。

在算法的支持下，人形機器人能夠實現更為流暢和精準的動作控制，無論是復雜的肢體運動還是細微的手部操作，都能展現出極高的擬人化程度。從而確保機器人動作的準確性和可靠性。

（3）系統：一體化解決方案

無論是芯片還是算法都主要針對的是人形機器人運動能力這一單一功能，為了能夠更好地解決人形機器人的運動能力、感知能力與制造成本等綜合性問題，MPS在核心器件和算法突破的基礎上，提出一體化解決方案，將分散的器件、軟件整合為模塊化產品，通過統一的產品開發路線和整體生態系統，助力人形機器人的升級。

首先，MPS針對人形機器人小型化、模塊化關節設計的需求，推出了基于系統級封裝（SiP）與合封技術（Co-Packaging） 的微型伺服驅動模組。該方案將專用控制MCU、電機驅動IC（如MP(Q)6547/AMP6543）以及功率MOSFET進行同封裝集成，形成了“控制+驅動+功率”一體化模塊。

該模組的核心創新之一在于“算法與硬件的深度融合”：MCU內置微型伺服控制算法，能夠支持FOC、梯形波、SVPWM等多種控制模式。算法方面，MPS自研的微型伺服控制算法棧從自適應FOC算法、振動抑制與噪音優化、實時電流前饋與擾動補償等方面對電機進行優化。硬件方面，該模塊能夠實現閉環電流、速度、位置三環控制，響應時間<1ms，并支持CAN FD、I2C、SPI等通信接口，便于與上層主控（如ROS系統）高效交互。

在封裝上，模塊采用QFN-18（3mm×4mm）、QFN-24等超小封裝，結合3D堆疊與芯片倒裝（Flip-Chip）工藝，并集成空心杯電機、行星齒輪箱與驅動控制單元，不僅能提升焊接可靠性與散熱性能，還能顯著降低PCB占用面積，適用于手指關節、頸部、手腕等狹小空間，在靈巧手、微型執行器等人形機器人核心零部件擁有廣泛應用空間。

設計方面，為提高人形機器人的效率，MPS從電機驅動器芯片入手，其中MP(Q)6547A集成集成6顆低內阻MOSFET（高邊60mΩ，低邊50mΩ），將導通損耗降低30%以上；MP6543集成3.3V/100mA LDO，為MCU和傳感器供電，從而減少外部電源模塊需求，提升了系統集成度。此外，該驅動模組還采用自動同步整流+智能休眠模式，避免續流損耗的同時還能減少能量損耗。

此外，該電機驅動方案充分注意人機共處安全問題，不僅內置多重保護機制，如過流保護（OCP）、過溫關斷（0TP）、故障上報（nFAULT）等，還支持遠程監控與預測性維護，通過SPI / I2C診斷接口，可讀取內部狀態寄存器，從而實現全鏈路故障保護與診斷。

MPS通過合封技術，將傳統分立的控制器、驅動器、傳感器信號調理電路整合為單一模塊，形成了一整套完整的電機驅動系統。該系統可以在高功率密度、低噪音、快速響應的基礎上，在有限空間內實現高度集成與智能控制，以適應人形機器人向類人化、自主化、輕量化發展的趨勢。

除了高性能、高集成度的電機驅動解決方案，MPS還研發出了集成了行星齒輪箱、空心杯電機、電機驅動的空心杯電機一體化產品，如MMS1RH系列產品。

與模組不同的是，MPS推出的8-16mm直徑的空心杯電機一體化設計方案，集成磁編碼器+驅動器+微型減速器+FOC算法+三環控制，進一步實現了“電機+驅動+減速+傳感”的全動力系統整合，有效降低手部主控MC的要求。

該方案極具競爭力，不僅能適配靈巧手掌心、手指等不同尺寸關節，滿足客戶的不同需求，還能夠幫助客戶縮短開發周期30%以上，同時極大提高了系統穩定性和調試的便易性。

以MMS1RH系列產品為例，其集成了伺服驅動器、位置編碼器、永磁同步電機，SPI時鐘頻率8MHz，不僅能夠獨立實現轉矩閉環控制，還能夠通過C語言EasyFOC庫拓展電機的控制功能，從而在速度和位置控制模式下運行。

可以說，MPS憑借其豐富的生產研發經驗與敏銳的市場洞察力，通過前瞻性布局，以人形機器人客戶的需求為出發點，推出了具有小型化與高度集成化優勢的系統性解決方案。其“芯片+算法+系統”的三位一體創新，為解決當前的人形機器人技術痛點提供了思路。

▍小型化與高度集成化的系統性解決方案

從MPS的“三位一體”創新架構能夠看出其聚焦小型化與高度集成化的設計方向，這也是人形機器人核心部件的發展趨勢。

這種趨勢源于應用場景的現實需求，為切合工業場景中柔性制造的快速切換需求、家庭場景與服務場景中的安全交互需求，小型化與高度集成化的設計能夠有效提升空間利用率，從而減少系統能耗，為人形機器人在現實場景的落地提供了實用價值。

MPS抓住人形機器人的顯示應用需求，通過硬件極致整合、算法深度嵌入與系統模塊化交付的協同創新，在縮小物理尺寸的同時，避免性能損耗，從器件到系統實現全鏈條優化，包括芯片的超小封裝、模組的合封技術等等，在有限的空間內實現功能的完整，最終解決人形機器人核心部件的空間受限與成本高等問題。

可以說，MPS通過“芯片+算法+系統”的集成化設計，在空間、性能與成本這三個維度上實現突破，既能滿足機器人核心部件的尺寸限制，又能在集成后實現響應速度、效率等性能的提升，還能減少所需器件數量并縮短開發周期，從而降低整體的生產成本。這種設計恰好命中人形機器人的核心痛點，更能為人形機器人產業的生態帶來核心價值思考。

首先是技術突破上，MPS的一體化解決方案，將復雜的底層技術封裝為模塊化產品，為人形機器人開發所需跨越的技術鴻溝搭建了橋梁，從而加速技術迭代與場景拓展；其次是成本上，MPS通過集成化設計，不僅能減少了器件數量更降低了裝配與調試成本，從而加速了人形機器人進入消費市場的進程；最后，MPS在產品研發上始終兼顧人形機器人部件的性能與安全性，不僅內置多重保護機制與故障檢測診斷機制，還將AEC-Q100認證標準引入，從多層面保障人機交互安全。

MPS以“芯片+算法+系統”的三位一體解決方案，將自身產品的應用領域從IC拓展到整個人形機器人，從技術、成本與安全等方面提供了合適的產品思路，正加速駛入人形機器人賽道，未來有望成為這場競速賽中的“破局者”之一。