人形机器人有线通信和区域控制

为人形机器人中的传感器、执行器和中央计算单元构建可扩展的确定性通信骨干网络。

概述

人形机器人需要在传感器、关节控制器和中央计算单元之间实现可靠的数据交换。区域架构通过汇聚本地通信流量，减少线缆重量和系统复杂性。Infineon 提供可扩展以太网、经济高效的 CAN/CAN FD 以及采用 EtherCAT® 技术的设计方案，产品涵盖微控制器、收发器、PHY 和交换机。

产品优势

  • 减少线缆重量和系统复杂性
  • 可扩展至 10 Mbps 至 10 Gbps
  • 实现确定性运动控制
  • 实现传感器与执行器同步
  • 提高系统韧性和运行可用性
  • 连接摄像头和关节节点
  • 支持区域式和集中式设计
  • 基于汽车级质量标准构建
  • 支持混合网络架构

框图

关于

保护电池母线、分布式电源轨和负载

人形机器人可根据各区域的需求，组合采用以太网、CAN/CAN FD 和 EtherCAT®。此采用混合网络是实现经济高效通信与控制的有效方案。

  • 以太网可提供最高带宽，并支持灵活的交换式拓扑结构，因此非常适用于摄像头、传感器融合、诊断以及可扩展的骨干网络。这需要对通信流量进行精细管理，而且在千兆速率下成本可能更高。
  • CAN/CAN FD 可为数据速率较低的传感器和执行器提供可靠且经济高效的连接。随着总线负载增加，仲裁机制会限制可用带宽和更新速率。
  • EtherCAT® 可为运动控制节点提供确定性通信和精确同步。然而，与千兆以太网相比，传统的100Mbit/s链路带宽余量较小。

一种实用的架构是在各区域汇聚本地通信流量，并通过高速以太网将区域控制器连接到中央计算单元。Infineon 提供用于区域控制的通信解决方案和微控制器，为人形机器人的通信与控制提供全面的产品组合。这简化了集成流程，并支持打造可扩展的模块化人形机器人。

适用于区域控制和高带宽传感的可扩展以太网

以太网可从10BASE-T1S和100BASE-T1扩展至1Gbps及多千兆链路，从而通过单一网络承载控制、传感器数据流、诊断和软件更新。借助 TSN、QoS 和 IEEE 1588 PTP，设计人员可以优先传输控制数据、同步分布式设备，并实现有界时延。IEEE 802.1CB 帧复制与消除功能可提高网络韧性。

其优势包括高带宽、灵活的拓扑结构、轻量化单对线缆，以及便于从区域控制扩展至中央计算架构。需要权衡的因素包括：流量调度和拥塞控制会增加设计工作量，而且千兆速率下芯片成本可能更高。

Infineon 的解决方案包括 BRIGHTLANE™ 88Q111x 物理层收发器（PHY）和 88Q5192 交换机，以及用于区域控制的 AURIX™ TC3x 微控制器。

了解 BRIGHTLANE™ 以太网物理层收发器（PHY）
查看 BRIGHTLANE™ 以太网交换机

用于可靠、高性价比本地通信的 CAN 和 CAN FD

CAN 和 CAN FD 非常适用于本地传感器、执行器及成熟的控制功能，尤其是在中等数据速率即可满足需求的场景中。其优势包括经过验证的可靠性、简单的共享总线布线、广泛的应用基础，以及具有成本优势的节点方案。CAN FD 每帧最多支持64字节数据，且数据阶段的传输速率高于经典 CAN。

其折衷方案是带宽有限：随着总线负载和节点流量的增长，仲裁和串行化会降低可用的更新速率。因此，CAN/CAN FD 不太适用于高分辨率摄像头、大容量传感器数据流或统一的高速骨干网络。

英飞凌的解决方案包括支持 CAN FD 的 AURIX™ TC3x 微控制器、面向实时控制的 PSOC™ Control C3 微控制器，以及汽车级 CAN 收发器，包括 TLE935x 系列。

探索汽车 CAN 收发器
了解 PSoC™ Control C3

用于同步 EtherCAT® 多轴运动控制的产品

EtherCAT® 针对确定性工业控制进行了优化，可在分布式关节和电机控制节点之间实现精确同步。帧的实时处理和分布式时钟机制可实现高更新频率和低抖动。它支持线形和菊花链拓扑，还可通过可选的线缆冗余提高系统可用性。

传统 EtherCAT® 的主要局限在于其物理层速率为100Mbit/s；与千兆以太网相比，它为摄像头数据和融合流量提供的带宽余量较小。因此，EtherCAT® 是专用运动控制网段的理想选择，而高速以太网则更适合带宽需求较高的传感应用和骨干网络。

Infineon XMC4300 和 XMC4800 微控制器为兼容的实时控制设计提供集成式 EtherCAT® 从站功能。

EtherCAT® 是注册商标和专利技术，由 Beckhoff Automation GmbH 授权许可。

查看 XMC4300 微控制器
查看 XMC4800 微控制器

适用于可扩展、安全人形机器人架构的区域控制器

区域控制器将通信、控制和诊断功能部署在更靠近机器人四肢的位置。它们被放置在肩部、臀部或其他区域枢纽，聚合传感器和执行器流量，协调本地功能，并将多个关节控制器连接到中央计算单元。

这可减少点对点布线，并使时间敏感型本地通信流量保留在区域内，同时通过高速骨干网络传输上层指令和传感器数据。区域控制器可根据带宽、时延和成本需求，实现以太网与 CAN/CAN FD、10BASE-T1S 或 EtherCAT® 网段之间的互连。

AURIX™ 微控制器可支持区域协调、功能安全、信息安全和确定性通信；PSOC™ Control C3 和 MOTIX™ 解决方案则可用于分布式电机控制节点。冗余以太网链路和时间敏感网络（TSN）还可进一步提升系统可用性和同步能力。

探索 AURIX™ TC3x 微控制器
查看 XMC4800 微控制器

保护电池母线、分布式电源轨和负载

人形机器人可根据各区域的需求，组合采用以太网、CAN/CAN FD 和 EtherCAT®。此采用混合网络是实现经济高效通信与控制的有效方案。

  • 以太网可提供最高带宽，并支持灵活的交换式拓扑结构，因此非常适用于摄像头、传感器融合、诊断以及可扩展的骨干网络。这需要对通信流量进行精细管理，而且在千兆速率下成本可能更高。
  • CAN/CAN FD 可为数据速率较低的传感器和执行器提供可靠且经济高效的连接。随着总线负载增加，仲裁机制会限制可用带宽和更新速率。
  • EtherCAT® 可为运动控制节点提供确定性通信和精确同步。然而，与千兆以太网相比，传统的100Mbit/s链路带宽余量较小。

一种实用的架构是在各区域汇聚本地通信流量，并通过高速以太网将区域控制器连接到中央计算单元。Infineon 提供用于区域控制的通信解决方案和微控制器，为人形机器人的通信与控制提供全面的产品组合。这简化了集成流程，并支持打造可扩展的模块化人形机器人。

适用于区域控制和高带宽传感的可扩展以太网

以太网可从10BASE-T1S和100BASE-T1扩展至1Gbps及多千兆链路，从而通过单一网络承载控制、传感器数据流、诊断和软件更新。借助 TSN、QoS 和 IEEE 1588 PTP，设计人员可以优先传输控制数据、同步分布式设备，并实现有界时延。IEEE 802.1CB 帧复制与消除功能可提高网络韧性。

其优势包括高带宽、灵活的拓扑结构、轻量化单对线缆，以及便于从区域控制扩展至中央计算架构。需要权衡的因素包括：流量调度和拥塞控制会增加设计工作量，而且千兆速率下芯片成本可能更高。

Infineon 的解决方案包括 BRIGHTLANE™ 88Q111x 物理层收发器（PHY）和 88Q5192 交换机，以及用于区域控制的 AURIX™ TC3x 微控制器。

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用于可靠、高性价比本地通信的 CAN 和 CAN FD

CAN 和 CAN FD 非常适用于本地传感器、执行器及成熟的控制功能，尤其是在中等数据速率即可满足需求的场景中。其优势包括经过验证的可靠性、简单的共享总线布线、广泛的应用基础，以及具有成本优势的节点方案。CAN FD 每帧最多支持64字节数据，且数据阶段的传输速率高于经典 CAN。

其折衷方案是带宽有限：随着总线负载和节点流量的增长，仲裁和串行化会降低可用的更新速率。因此，CAN/CAN FD 不太适用于高分辨率摄像头、大容量传感器数据流或统一的高速骨干网络。

英飞凌的解决方案包括支持 CAN FD 的 AURIX™ TC3x 微控制器、面向实时控制的 PSOC™ Control C3 微控制器，以及汽车级 CAN 收发器，包括 TLE935x 系列。

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用于同步 EtherCAT® 多轴运动控制的产品

EtherCAT® 针对确定性工业控制进行了优化，可在分布式关节和电机控制节点之间实现精确同步。帧的实时处理和分布式时钟机制可实现高更新频率和低抖动。它支持线形和菊花链拓扑，还可通过可选的线缆冗余提高系统可用性。

传统 EtherCAT® 的主要局限在于其物理层速率为100Mbit/s；与千兆以太网相比，它为摄像头数据和融合流量提供的带宽余量较小。因此，EtherCAT® 是专用运动控制网段的理想选择，而高速以太网则更适合带宽需求较高的传感应用和骨干网络。

Infineon XMC4300 和 XMC4800 微控制器为兼容的实时控制设计提供集成式 EtherCAT® 从站功能。

EtherCAT® 是注册商标和专利技术，由 Beckhoff Automation GmbH 授权许可。

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适用于可扩展、安全人形机器人架构的区域控制器

区域控制器将通信、控制和诊断功能部署在更靠近机器人四肢的位置。它们被放置在肩部、臀部或其他区域枢纽，聚合传感器和执行器流量，协调本地功能，并将多个关节控制器连接到中央计算单元。

这可减少点对点布线，并使时间敏感型本地通信流量保留在区域内，同时通过高速骨干网络传输上层指令和传感器数据。区域控制器可根据带宽、时延和成本需求，实现以太网与 CAN/CAN FD、10BASE-T1S 或 EtherCAT® 网段之间的互连。

AURIX™ 微控制器可支持区域协调、功能安全、信息安全和确定性通信；PSOC™ Control C3 和 MOTIX™ 解决方案则可用于分布式电机控制节点。冗余以太网链路和时间敏感网络（TSN）还可进一步提升系统可用性和同步能力。

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