人形机器人量产前夜，看TI如何破解人形机器人“小体积大动力”难题

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）2026年，人形机器人的系统复用与规模化能力显著增强。然而，相较于传统工业机器人，人形机器人面临着极高的技术壁垒：全身数十个自由度的关节需要高度耦合的协同控制，且在动态行走、跳跃等复杂场景下，对系统的实时性、抗扰动能力及功率密度提出了严苛要求。
 
在人形机器人产业从“技术验证”向“场景探索”跨越的关键转折点，德州仪器（TI）推出了哪些产品解决人形机器人的技术难题呢，未来又会有哪些产品布局？
 
实时控制，以GaN与小型化重塑关节动力

与传统机器人相比，人形机器人在自由度、动态复杂度以及系统耦合程度上都有显著提升，也因此对底层架构提出了更高要求。TI指出两大方面的需求：
 
一方面，在多形态适配上，无论是人形、四足还是轮式，本质都依赖大量分布式关节协同工作，通常需要 30 个以上电机驱动系统，这要求平台具备高度模块化与可扩展性；另一方面，在动态控制与冲击负载方面，人形机器人需要完成行走、跳跃、抓取等复杂动作，对电机控制的实时性、精度及抗扰动能力提出更高要求，同时还需在紧凑空间内兼顾功率密度与散热管理。
 
可以说人形机器人的核心在于其“肌肉”与“神经”的协同。而TI的差异化优势在于其系统级的协同优化能力。
 
TI 提供了一套可复用的模块化方案：在电机控制层，小型关节可采用基于 GaN 的 48V/16A 三相逆变器方案，大功率关节则结合 DRV816X 与 F28P65x MCU 实现高性能驱动与 EtherCAT 通信；在感知层，通过 IWR6843 毫米波雷达与摄像头融合，并结合 AM62A 处理器实现边缘 AI 处理；在通信层，基于 AM261 的单对以太网方案可在减少布线的同时提供高带宽、低时延连接。
 
TI指出，这种从控制、感知到通信的模块化组合，可在不同机器人形态间直接复用，有助于缩短开发周期，并降低系统设计复杂度与整体成本。
 
值得一提的是，TI正大力推行GaN（氮化镓）技术以解决“小体积大动力”的难题。在此前的文章《机器人新型电驱动技术：GaN技术引爆“动力革命”，单台用量将破千颗》中，我们已经详细介绍了GaN技术在人形机器人领域具备的技术优势。相比传统硅基MOSFET，TI的GaN功率级产品具备极低的开关损耗和更快的开关速度，支持高达100kHz以上的PWM频率。这不仅将功率级尺寸缩减了50%以上，大幅降低了系统发热，更显著提升了电流环的带宽，使扭矩控制更加细腻平稳。
 
 
用于人形机器人手臂关节的GaN与MOSFET功率级参考设计板尺寸对比（图：TI）
 
根据TI公开的基于MOSFET的TIDA-01629与基于GaN的TIDA-010936两款参考设计尺寸对比图看到，传统MOSFET方案占用面积约为720mm²，而氮化镓方案占用面积仅为320mm²。
 
除了小型化的优势，TI推出的基于 GaN 的方案（如 LMG2100 系列）具备更低开关损耗和更快开关速度，可在提升控制精度的同时降低系统发热，更适合高动态伺服系统。
 
人形机器人正面临着小型化与高性能难以两全的结构性矛盾。TI指出，在人形机器人中，大量关节、电机与控制单元需要集成在极其有限的空间内，这不仅要求器件具备更高的集成度，也对通信实时性、系统稳定性以及抗干扰能力提出了更高要求。尤其是在多关节协同控制场景下，高带宽、低时延的数据传输与精准时间同步，是保证动作协调性和控制精度的关键。因此，小型化不仅是尺寸压缩，更是对系统架构与性能协同优化的挑战。
 
那么，为了适应人形机器人紧凑的关节空间，如何在实现小型化的同时，保证产品的关键性能？
 
TI 的思路是通过架构优化与高集成度设计，在缩小体积的同时保障系统性能。
 
以通信为例，单对以太网（SPE）PHY（如 DP83TG721S-Q1、DP83TC817S-Q1）可将传统多线缆连接简化为单对线，在提供最高千兆带宽的同时显著减少线束体积与重量。同时，集成 IEEE 802.1AS 可实现 1–15ns 级时间同步精度，确保多关节之间的确定性协同控制。
 
在系统层面，TI MCU（如 C2000™ 及 Arm 架构产品）与 SPE PHY 协同设计，支持 EtherCAT 等实时通信协议，并通过高集成度减少外围器件数量，从而进一步压缩系统尺寸。此外，器件在设计中已考虑 EMI/EMC 抗干扰能力，并集成电缆诊断等功能，在高密度布局下仍能保持系统稳定性与可维护性。
 
 
敏锐感知，构建安全可靠的边缘智能

安全且敏锐的环境感知是人形机器人走出实验室、进入人机协作场景的前提。TI在环境感知与边缘AI领域同样布局深远。
 
在外部环境感知上，TI 的毫米波雷达 (mmWave) 方案具备远距离、高精度及不受光照影响等优势。以 IWR6843 为代表的雷达传感器，可用于人员检测、避障与导航等场景，并已通过SIL2功能安全认证。同时，TI 提供基于 IWR6843ISK EVM 与 IMX219 摄像头 的传感器融合方案，通过雷达与视觉数据结合，实现更稳定的三维环境感知与目标跟踪。
 
在内部状态感知上，高精度的电流与电压检测赋予了机器人对自身运动状态的“本体感觉”。配合TI在边缘AI领域的布局，机器人可以在端侧直接完成数据推理与决策，无需依赖云端，从而在保障数据隐私的同时实现毫秒级的实时响应。例如TI新推出的功能隔离式调制器 AMC0106M05、AMC0106M25 和 AMC0136可实现 12–14 位 ENOB 测量精度，显著提升电流、电压检测的分辨率与抗噪能力，从而支持更平滑的扭矩控制与更快速的动态响应。
 
 
写在最后

从今年的发展来看，人形机器人正处于由技术验证走向场景探索的关键阶段。TI指出两大方面的特点：一方面，在关键部件上持续演进，例如灵巧手正向更高自由度（约 20 个自由度）发展，以支持更复杂精细的操作，但与此同时，体积、功耗与系统集成仍是制约其规模化应用的核心挑战，行业尚未形成通用方案。另一方面，越来越多整车厂开始入局人形机器人，这一趋势尤为值得关注——车企在电子电气架构、供应链体系以及软件平台等方面具备天然优势，使其在系统复用与规模化能力上具备更强竞争力。
 
从落地进展来看，目前人形机器人在商业展示类场景（如舞蹈、演奏等）已相对成熟，技术表现不断刷新预期；但在工业场景中，大规模应用仍处于早期阶段，核心瓶颈在于机器人自主性与智能化水平仍有限，尤其是在复杂环境下的感知、决策与泛化能力仍有待提升。未来，随着 AI 能力的持续进步，机器人对真实世界的理解与交互能力有望显著增强，从而加速其在工业等高价值场景中的落地。
 
TI向电子发烧友网提到，在产品规划方面，TI 将持续丰富面向机器人应用的处理与控制能力，包括推出新一代处理器平台（如 TDA5、AM13E230，基于 Arm 架构并具备良好的生态与兼容性），以支持更高效的边缘计算与系统控制。同时，在电机驱动领域，TI 也将进一步拓展 GaN 技术的应用，向更高功率、更高集成度方向演进，以满足人形机器人对高功率密度与小型化设计的持续需求。