Microchip PolarFire® FPGA 人形机器人解决方案

随着人工智能演进至“实体人工智能（Physical AI）”，人形机器人正成为推动技术采用的主要力量。作为最复杂的机器人平台之一，人形机器人需要在安全性、自主性、电机控制与边缘智能上达到严格标准。Microchip 的 PolarFire® FPGA 通过并行处理能力与确定性延迟，为这些高难度系统提供了理想的解答。

核心应用挑战：手部与头部

人形机器人的设计难点主要集中在两个高精密子系统：

• 灵巧手部（机器人手）： 需要极致的灵巧性与感知能力。每只手通常包含 20 多个电机（每个关节一个）以及各类触觉传感器（压力、热能等）。这要求在紧凑空间内实现实时精准控制与热管理。
• 智能头部： 必须整合多镜头视觉、深度感知、IMU 与音频等多个高带宽传感器，执行导航与面部交互，需要强大的传感器融合能力。

PolarFire® FPGA 的三大关键优势

1. 实时运动与传感器控制 (Real-Time Control)

PolarFire FPGA 能够支持 1 µs 的控制回路，理论上可驱动多达 40 个电机（以 25MHz 运作）。

• 高并行性： 通过基于 FPGA 的 BLDC FOC 控制与 GPU 桥接，可并行执行多电机回路，解决了标准产品无法扩展的瓶颈。
• 同步性： 利用以太网/时间敏感网络（TSN）实现跨关节与肢体的精确同步。

2. 视觉与感知桥接 (Vision and Perception)

在视觉处理领域，PolarFire FPGA 扮演了关键的传感器桥梁角色：

• 高速接口： 支持 SLVS-EC 等高速相机接口，可处理高达 40 Gbps 的视频数据。
• NVIDIA 整合： 提供 PolarFire-NVIDIA 以太网传感器网桥，将 FPGA 的传感与控制网络连接至 NVIDIA® AI 计算平台（如 Jetson®），为 AI 决策层提供低抖动、确定性的数据路径。

3. 优异的热管理 (Thermal Considerations)

散热是人形机器人设计的关键。PolarFire FPGA 无需风扇与散热片 即可运作，这使其能够安装在密封的关节、躯干或头部组件内，不仅节省空间，还能维持机器的热平衡，提升长时间运行的可靠性。

解决方案亮点

• 智能嵌入式视觉： 具备 MIPI-CSI2 接口，支持实时图像深度处理、物体追踪与手势识别。
• 时间敏感网络 (TSN)： 提供 1G TSN 端点 IP，确保平衡与反应控制的精确时序协调。
• 参考案例： 针对 20 自由度（DoF）的灵巧手部操作，通过统一的以太网链路整合触觉传感、电机控制及力矩/位置反馈。

如需更多信息，请参阅 Microchip官方网站 或 洽代理商位元电子。