国民技术联合中科院深圳先进院发布人形机器人关节电机驱控一体化方案

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国民技术MCU人形机器人关节驱控
国民技术联合中科院深圳先进技术研究院发布人形机器人关节电机驱控一体化方案，基于 N32H785 异构双核 MCU 实现 20kHz 电流环与 0→100rpm 阶跃响应 106ms，已从参考设计做成可交付方案，关节占整机硬件成本 50% 以上，机器人客户可据此做参数适配与降本选型。

2026 年 9 月 23 日，国民技术正式宣布：联合中国科学院深圳先进技术研究院（深圳先进院）电驱系统专家团队，发布新一代人形机器人关节电机驱控一体化方案。方案以国民技术异构双核 MCU N32H785 为核心，把驱动主控、无框力矩电机、双绝对值编码器、通信模块与减速器集成到一个关节内部，从芯片、算法到驱动与感知形成完整闭环。官方将其定位为"面向量产的系统性攻关"，交付形态是一套可用于参数适配的参考平台，而非单页设计文档。

为什么选异构双核：先解决单核的任务争抢

关节控制的传统单核方案有一个绕不开的矛盾：FOC 电机控制要求微秒级控制周期，通信协议栈又不能丢数据。两个任务挤在同一个核里互相争抢资源，实时性与稳定性很难同时保证。深圳先进院团队在联合调试中给出的判断是：关节控制的瓶颈往往不在算法，而在算力架构。

N32H785 的应对方式是把任务彻底分开：

  • Cortex-M7 内核，最高 600MHz：支持双精度浮点运算与 DSP 指令，专职承担 FOC 电机控制、力矩/速度/位置三环控制、双编码器数据处理与安全保护。
  • Cortex-M4F 内核，最高 300MHz：专职处理 CAN FD、EtherCAT 与串口通信。

两个核通过片上 SRAM 交换控制指令与运行状态，并用 SEMA4 硬件信号量完成跨核同步。用官方的话说是"一个管肌肉、一个管神经"——通信负载再大，也不会拖慢电机控制周期。

面向高性能控制的片上外设矩阵

除双核算力外，N32H785 集成了一整套电机控制所需的外设：

  • 2 个 16 位超高精度定时器（SHRTIM1/2，控制精度最高 100 ps）与 4 个 16 位高级定时器（控制精度最高 3.3 ns），用于生成三相逆变桥所需的互补 PWM 信号。
  • 3 个 12 位 5 Msps 高速 ADC、4 个高速模拟比较器与 6 个 12 位 DAC，覆盖相电流采样、母线电压监测与快速故障检测。
  • 8 路 CAN FD、2 个以太网 MAC；EC 型号（N32H785EC）集成 EtherCAT 从站控制器。
  • 2MB / 4MB 片上 Flash 与 1504KB SRAM，可容纳控制算法、通信协议栈与运行数据。
  • 工作温度 -40℃ 至 +105℃，并集成 SRAM ECC、独立/窗口看门狗、温度传感器等可靠性资源。

高集成度的直接收益是外围控制器件减少、信号处理链路缩短，这对关节控制板的小型化与高集成度设计是实打实的空间与成本收益。

实测数据：标准台架全工况带载测试

  1. 额定转矩 20N·m，峰值转矩 60N·m，覆盖整机运动的主力输出区间。
  2. 20kHz 电流环，配合力矩/速度/位置三环控制体系，力矩指令毫秒级响应。
  3. 0→100rpm 转速阶跃：平均响应时间 106ms，最大超调仅 4.43%，转速波动 ≤±5%。
  4. 位置跟踪：最大误差 0.01rad（约 0.573°），平均误差 0.54°；±360° 大范围运动可在 1 秒内到位。

官方对位置精度的说明很直白：机器人抓一枚鸡蛋不捏碎、递一杯水不洒出，靠的就是这半度级的控制能力。

从参考设计到可交付方案

本次联合发布的分工很清晰：深圳先进院电驱系统专家团队负责电驱控制算法与位置融合策略的打磨，国民技术研发团队负责芯片级实现与量产落地验证。方案层面还有几个值得注意的交付细节：

  • 采用一体化结构，将控制、驱动、感知、通信与减速机构集成于关节内部，缩短信号链路。
  • 双绝对值编码器同时采集电机侧与减速机构内部的位置反馈，让关节具备更立体的位置感知能力。
  • 串口、CAN FD、EtherCAT 三种通信协议全面支持，整机厂选用哪种总线都能直接对接。

这套方案并非孤立成果。由国民技术牵头承担的"十四五"国家重点研发计划智能机器人专项"机器人关节驱控一体化芯片"项目，联合复旦大学、重庆大学、中国科学院深圳先进技术研究院、华中科技大学、优必选等产学研单位协同攻关，2025 年 7 月中期检查已通过；双方于 2025 年 4 月 23 日签署过合作意向协议，本次发布是合作的阶段性落地。

行业侧的背景数据同样值得放进决策语境：集邦咨询（TrendForce）预测 2026 年全球人形机器人出货量将突破 5 万台、同比增长超 700%，上半年中国厂商占据全球约 97% 的份额；而关节模组占整机硬件成本的一半以上。

恒森视角

机器人方向的客户来找我们，问得最多的其实不是「哪颗 MCU 算力够」，而是「拿到样片之后，我要花多久才能让关节转起来」。这中间隔着的 FOC 调参、编码器融合、总线协议，往往比选型本身更耗人。这套方案好用的地方就在这儿——它已经不是参考设计，而是能交付的东西。我们给客户 N32H785 样片的同时，能把官方这套经过台架实测的方案资料一起给出去，你们的工作重心就从「能不能跑起来」变成「按自己的关节参数能不能跑准」。

有三个地方我们建议早点想清楚。M7 跑 FOC 三环、M4F 管通信和安全监控，这种分工下控制周期不会被总线负载带偏，做多关节同步的整机会很在意这一点。如果只需要单轴控制、对成本敏感，N32H47x 系列可以当更低成本的关节级控制器用。另外高精度定时器、5Msps ADC、比较器和 DAC 都在片内，外围器件和 PCB 面积都能压下来——关节这种又小又怕重的地方，这个收益很直接。

真要动手的项目，功率等级、编码器类型（BISS-C、SSI 这些）和整机总线（EtherCAT 还是 CAN FD）差别都不小。我们的建议是先在参考平台上把参数配到自己满意，再定量产形态。要样片、开发板或完整技术资料，把你们的关节参数和总线选型发过来，我们按整机需求给具体的器件组合。

信息来源：国民技术官方发布《联合中国科学院深圳先进院，国民技术发布新一代关节电机驱控方案》（机器人大讲堂转载，https://wx.leaderobot.com/news/9837，2026年9月23日）；国民技术官网《"机器人关节驱控一体化芯片"项目中期检查会顺利召开》（https://www.nationstech.com/about/news/information/6211.html，2025年7月14日）