从 4线到 2线！先楫T1关节方案，国产两线 EtherCAT 重构机器人通信架构

电子发烧友网综合报道，随着


工业机器人


、协作


机器人


、服务机器人等应用场景的快速拓展，机器人关节模组正朝着更高集成度、更低延迟、更小体积的方向演进。关节模组作为机器人运动控制的核心执行单元，其内部


通信


架构的优劣，直接影响整机系统的响应速度、布线复杂度与可靠性。




在这一背景下，先楫


半导体


推出的 T1 机器人关节方案，首创“两线 EtherCAT”通信架构，为机器人关节模组的设计带来了全新的技术路径。





创新两线 EtherCAT 通信：颠覆传统总线布线逻辑





T1 机器人关节方案是先楫半导体面向机器人关节模组场景推出的高集成度解决方案。该方案以先楫半导体高性能



MCU


HPM6E80

为核心


控制器


，将


电机


驱动、


编码器


反馈采集、


通信接口


、EtherCAT 通信等关键功能整合在同一芯片平台上，实现了从控制运算到驱动执行的单芯片闭环。




T1 方案最具突破性的技术亮点，在于其创新采用了仅需 2 根线的 EtherCAT 通信方案。这一设计从根本上改变了传统机器人关节模组中通信链路的布线方式，是国产芯片在工业实时通信领域的一次重要创新。




EtherCAT 是目前工业机器人领域应用最为广泛的工业


以太网


实时通信协议之一。在传统的 EtherCAT 方案中，每个关节模组通常需要至少 4 根线来完成通信连接——2 根用于数据收发（TX/RX），另外还需要额外的


信号


线或


电源


参考线来保障通信链路的完整性。在机器人本体中，每一个关节模组都需要这样的通信连接，当机器人拥有六个甚至更多自由度时，通信线缆的数量和复杂度将显著增加。




先楫半导体的“两线 EtherCAT”方案，通过芯片层面的协议栈优化和物理层设计创新，引入 T1 单对线通信设计，将通信所需的线数压缩至仅需 2 根。这一方案与传统方案的核心区别体现在以下几个方面：




一是布线复杂度大幅降低，使机器人本体内部的走线更加简洁，降低了装配难度和线缆故障风险。二是更少的通信线数意味着更少的


连接器


引脚和更小的


接口


电路面积，关节模组体积进一步缩小，有利于实现更高功率密度的关节设计。三是线缆数量、连接器规格、


PCB


布线面积的减少，系统成本得到有效控制。四是通信可靠性得到提升。





T1 机器人关节方案：面向高集成度关节模组的一体化设计





在传统的机器人关节模组设计中，往往需要多颗芯片协同工作，多芯片架构虽然功能明确，但也带来了 PCB 面积增大、器件数量增多、系统功耗上升、信号链路复杂等问题。T1 方案通过高集成度的芯片设计，将上述功能模块融合到单颗芯片内部，大幅减少了外围器件数量，使关节模组的整体体积得以进一步压缩，为机器人本体的轻量化和紧凑化设计提供了有力支撑。




T1方案依托HPM6E80作为机器人关节的“控制大脑”，芯片内部集成双核600MHz


RISC-V




CPU


、倍福正版授权EtherCAT从站控制器、4个16bit


ADC


、8路


模拟




比较器


及串行编码器解码接口SEI等丰富外设资源，为实时


电机控制


、


高精度


位置反馈和EtherCAT总线通信提供了统一的单芯片控制平台。




在控制性能方面，方案支持


DC


20V至36V宽范围驱动输入电压，


电流


环控制频率高达16KHz，速度环频率达8KHz，位置环频率达2KHz，并完整支持CiA402协议中的CSP（周期同步位置模式）和CSV（周期同步速度模式），能够满足机器人关节在高速、高精度运动场景下对多环控制实时性与响应精度的严苛要求。




同时，方案开源了V0版本的软硬件设计文档与代码，进一步降低了客户的技术门槛，帮助客户加快机器人关节从T1方案到量产的进程。值得一提的是，该方案在实测中实现了连续运行14小时零丢包。