芝能科技出品

机器人技术在过去十年经历了高速演变，从传统工业机器人向协作机器人与服务机器人全面扩展，底层技术体系不断重构，从移动系统的路径规划，到电源、驱动、电机、传感、算力和无线通信的集成，都在变得更高效、更智能、更安全。

机器人并非简单的机械体，而是由电源、控制、感知、执行、通信等复杂模块协同组成的机电系统。不同类别的机器人对应不同的工作电压、功率区间，其内部组件也由高度定制化的器件构成，如MOSFET、栅极驱动器、BMS、电机控制MCU与毫米级雷达等。

随着AGV与AMR在物流、配送、商用与家用服务等场景中的大规模部署，行业在效率、智能、安全与连接性方面提出了更高标准，也催生了诸多面向机器人场景优化的芯片架构与封装技术。

我们从机器人分类、移动平台技术、电机控制架构、核心电子器件到系统安全和设计挑战等方面进行系统化分析，对机器人硬件体系的演进与关键技术做一些讨论。

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机器人系统的分类与移动平台 

机器人技术的应用边界不断扩张，但其基本分类仍由三大类构成：工业机器人、协作机器人与服务机器人。

这一分类不仅是应用层面的区分，更代表了设计侧的不同工程逻辑。

◎ 工业机器人强调高速度、高精度与高负载，因此机械臂结构以关节型、SCARA 与并联为主，传动结构刚性强、动力需求高，常采用 36–48V 的工控级供电架构。

◎ 协作机器人则需要控制力输出、安全约束和环境感知，其关节负载与速度较低，往往采用更轻量化的驱动系统与低压电源，以满足人机共存环境的安全需求。

◎ 服务机器人覆盖物流、家用、教育娱乐和陪伴等场景，功率分布较广，从仅需数十瓦的扫地机器人到达到千瓦级的物流运输机器人，都需要在低压架构下实现高效率驱动。

在移动机器人领域，AGV与AMR构成两大核心体系。

◎ AGV遵循固定路径，通过激光反射板、磁条或二维码定位，系统结构简单，但灵活性有限。

◎ AMR基于SLAM、自主避障与实时环境建图，依赖深度传感器、航迹推算与低延迟算力，能够在非结构化环境中独立规划路径，并在仓储、医院、餐饮与配送场景中快速普及。

AMR 对算力平台、传感器种类和无线连接的要求显著高于 AGV，特别是在毫米波雷达、ToF 深度视觉、IMU 融合与低功耗 Wi-Fi 的协同上，需要底层芯片提供可靠的数据采集与处理能力。

从功率结构上看

◎ 服务机器人通常工作在 12–24V 直流架构中，

◎ 而协作机器人趋向 36–48V。

功率区间从 5W 到 3kW，覆盖从割草机器人到百公斤级物流搬运机器人。这种低压高功率的场景，使得MOSFET 的导通电阻、封装散热能力和栅极驱动器的开关速度成为关键。

移动机器人的完整系统由电源、驱动、BMS、主控、无线连接、传感器、安全组件与执行机构构成，各模块之间通过高速总线协同，如 CAN、SPI、I²C、UART 以及以太网。

为了满足长续航与高效率，系统必须在电机驱动、调制策略和功率器件上实现最优匹配，而存储、安全认证和无线通信需要构建可靠的系统级安全框架。

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机器人核心硬件结构 

机器人内部最复杂的结构来自电机驱动系统。

无论是轮式底盘、臂部关节还是末端执行器，其核心动力均依赖三相 BLDC 或 PMSM 电机。电机驱动链路由 MCU、栅极驱动器、MOSFET、霍尔传感器或磁角度传感器、电流采样模块构成。

设计的难点在于保证驱动效率、输出平稳性、过流保护、温度控制与低EMI特性，因此控制算法、功率器件和驱动器的配合必须高度精确。

在微控制器方面，XMC、PSoC、Traveo II 与 AURIX 系列覆盖从中低算力到高可靠应用的全栈体系。

◎ XMC 基于 M0/M4 内核，提供 48–144MHz 的频率，并集成电机控制固件库，适合家用服务机器人等中功率电机。

◎ Traveo II 在 80–350MHz 区间提供多核心架构，并符合 ASIL-B 标准，适合协作机器人、物流AMR 等需要安全认证的场景。

◎ AURIX 则以高达 300MHz 的多核TriCore 架构支持高端工业机器人，可满足运动规划、逆解运算、实时调度等高算力需求。

驱动层的核心器件是 MOSFET 与栅极驱动器。

OptiMOS、StrongIRFET、CoolSiC 与 CoolGaN 全面覆盖 20–300V 区间，并提供多种封装，包括 D²PAK、PQFN、sTOLL、DirectFET 与 SuperSO8。封装技术直接影响热阻、电流承载与导通损耗。

例如，sTOLL 封装在 5×6mm 面积内实现 257A@60V 的能力，散热性能比 SuperSO8 提升近一倍；SuperSO8 的双面散热结构在等温条件下提供 10% 更高电流承载，使得机器人在高功率峰值下保持稳定运行。

PQFN SD Center Gate 的中心栅极设计更适合并联应用，降低寄生电感并提升电流平衡能力，适用于大功率物流机器人底盘的双驱或四驱结构。

栅极驱动器作为功率器件与 MCU 之间的接口，决定了MOSFET开关速度、保护策略与整体效率。

6EDL7141 支持可编程驱动电压、可调死区时间、可配置压摆率，并集成电流放大器、线性稳压器与看门狗，适合 1kW 左右的 AMR 与协作机器人关节。

集成 MCU 与驱动器的 IMD700A 则进一步将控制器与驱动级融合在单芯片中，降低系统面积并简化设计，适用于 300W 级别的小型机器人。

更高电压段的驱动器如 6EDL2742 支持 6–140V 输入，并通过集成电荷泵、ITRIP 保护、欠压锁定和自举二极管，实现伺服电机与家用设备中高压驱动的统一设计。

典型峰值驱动电流达到 1A/2A，使其能够驱动更大尺寸 MOSFET，满足持续高扭矩场景。

传感器是机器人智能化的基础，磁角度传感器如 TLE5014 和 TLE5009 提供高精度反嵌角度检测，适用于关节位置反馈。

电流传感器如 TLE4971 提供隔离输出与高带宽，使 BLDC 控制系统在 FOC 算法中获得更高的动态响应。

毫米波雷达与 ToF 传感器则构成 AMR 的感知核心，使其具备避障、定位与目标识别能力。

无线连接方案中，AIROC Wi-Fi 与蓝牙系列在低功耗、低延迟通信场景中表现稳定，配合 PSoC 的人机交互能力（如CapSense电容触控）与硬件安全模块，使机器人具备可靠的系统安全基础。

机器人需要提供预测性维护、系统级安全、场景自适应与互联协同，这对传感器的实时性、驱动效率、电源规划、非易失存储可靠性与标准化接口提出了更高要求。

机器人行业的硬件生态正在由单一模块优化逐渐转向系统级整合，并加速向高能效、高算力与高安全性方向演进。

小结

机器人产业从工业自动化扩展至服务与协作场景，其底层技术体系已从传统的电机控制和机械结构，演变为由算力、电源管理、安全芯片、传感器、无线通信与高效驱动构成的复杂系统。

从AGV、AMR，还是家用与娱乐机器人，其核心都依赖低压高效的功率器件、多核 MCU、可编程栅极驱动器、高灵敏传感器与安全通信体系。 

       原文标题 : 拆解机器人硬件基础：这些核心技术决定应用上限