编码器芯片是对位置信号进行编码的关键组件,常见类型包括磁性编码器芯片、光学编码器和电感编码器。磁性传感器通过磁铁的旋转或直线运动,感受磁场变化来反算芯片位移,具有抗粉尘、灰尘、水汽、油污干扰的优势,且摆放位置灵活,在人形机器人关节、磁性位移中占据主导地位。光学编码器则利用透光、反射光原理,通过码盘遮挡实现位置编码,适用于旋转和直线运动。电感编码器则通过发射线圈和接收线圈,结合金属周期性遮挡信号来确定位置。
人形机器人对编码器芯片需求量大,旋转关节需2个编码器(电机端和轴端各1个),线性关节每关节需1个编码器,典型14个关节则至少需要14个编码器。随着技术发展,对编码器的低延迟要求日益提高,以确保机器人关节的快速响应。
昆泰芯微电子成立于2017年,其产品线主要聚焦于磁性传感器、芯片及传感信号调理芯片,覆盖消费、汽车、工业等多个领域,并与众多头部厂商建立了量产合作关系。2025年5月12日,在第十五届松山湖中国IC创新高峰论坛上,泉州昆泰芯微电子CEO武建峰深入剖析了智能磁性传感器在机器人与自动化领域的应用前景、技术挑战及该公司的解决方案。
武建峰表示,机器人作为实现人类功能的物理设备,其核心要素包括感知、计算和执行。感知依靠传感器,类似于人类的五官,需具备广度、速度、精度和可靠度;计算则依赖处理器,实现低功耗智能;执行则要求机器人身手矫健,具备精准、快速的执行力。
其中,就感知而言,机器人传感器需满足四个要求:广度上,要覆盖结构传感器、红外、紫外等更多维度,以实现更全面的环境感知;速度上,必须具备快速响应能力,有效避免因延迟而引发的问题;精度上,高精度是基础标准,确保机器人每个动作都精准无误;可靠度上,尤其在家庭等日常场景中,机器人需具备高度可靠性,防止意外发生,保障人员安全。
武建峰强调,机器人的安全性至关重要,尤其在家庭环境中。昆泰芯提出通过冗余设计(双通道、多通道、自诊断、实时监测)、安全认证和等级评估、通讯数据安全(遵循安全协议、防黑客入侵)以及功能安全(系统化管理,确保电子电器可编程系统在失效时仍能维持安全状态)等措施,来提升机器人安全性。
另一个挑战是编码器的成本,这是机器人普及的一大障碍。武建峰表示,当前编码器成本较高,需通过优化材料(磁铁、芯片、电子结构件、结构体)、降低安装公差、实现自学习、自修调、自校准、自适应等功能,来提高生产效率,降低成本。
针对这一挑战,昆泰芯推出的KTM5900芯片通过快速自学习自校准功能,解决了安装误差、磁铁公差、热胀冷缩等问题。该芯片采用高速采样ADC,具备高速采样率(1Mb/微秒数据输出),确保信号精准,并通过线性补偿、非线性补偿等方法,满足一键闭环自校准需求。此外,KTM5900还可适应不同安装需求,实现高性价比。
目前,昆泰芯提供包括磁性、光学、电感在内的多种编码器解决方案,以满足不同应用场景需求。其中,磁性编码器适用于大多数工业场景,光学编码器适用于超高精度场景,电感编码器则适用于电磁环境复杂的场景。
武建峰表示,机器人行业要切实落地,需解决安全、成本、易生产性等问题。首先,需建立一套标准确保机器人安全;其次,通过降低成本(行业普遍认为要降至两年普工工资水平),促进机器人普及;最后,通过自校准、自适应等技术,提高生产效率。昆泰芯将继续通过创新编码器技术,解决行业痛点,推动机器人与自动化领域的持续发展。
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