ヒューマノイド ロボットのモーター制御

インフィニオンの電力、センシング、制御、接続性、セキュリティ、および機能安全のサポートにより、ヒューマノイド ロボットの関節向けに拡張性の高いモーター制御を実現します。

概要

インフィニオンは、コンパクトで高ダイナミクスな関節向けに設計されたポートフォリオにより、ヒューマノイド ロボットのモーター制御を実現します。OptiMOS™ およびCoolGaN™ のパワー半導体は効率的なアクチュエーションを支え、XENSIV™ センサー、PSOC™ Control C3、AURIX™ モーター制御MCU、専用ソフトウェア プラットフォーム、リファレンス ソリューションにより、設計者が機能安全を念頭に、効率的で高精度かつスケーラブルなアーキテクチャを構築できるよう支援します。

利点

  • 最高の電力密度
  • 高精度な動作
  • より迅速な設計評価
  • スケーラブルな関節設計
  • 機能安全
  • 調達の簡素化
  • 設計の複雑さを低減
  • より小型のアクチュエーター フットプリント
  • 熱設計の柔軟性向上
  • 整合の取れたシステム ポートフォリオ
  • 市場投入までの時間短縮
  • より迅速なモーター チューニング

ブロック図

概要

ヒューマノイド ロボットのモーター制御にインフィニオンが選ばれる理由

ヒューマノイド ロボットの関節には、標準的なドライブ ステージ以上のものが必要です。必要なのは、パワー半導体、センシング、リアルタイム制御、およびシステムの拡張性を、コンパクトな機構スペースに統合した協調モーター制御ソリューションです。

インフィニオンは、これらの要素を1つのポートフォリオにまとめています。効率的なアクチュエーション向けのOptiMOS™とCoolGaN™、電流および位置フィードバック向けのXENSIV™デバイス、さらに拡張性の高い関節 アーキテクチャ向けのリファレンス ソリューションと、PSOC™ Control C3およびAURIX™モーター制御MCUを提供します。さらに、インフィニオンはBRIGHTLANE™イーサネット ソリューションにより、堅牢な有線通信をサポートします。

インフィニオンを選択すれば、単一のポートフォリオから、電力、センシング、制御の各技術を整合させ、さまざまな関節 クラスにまたがる設計が可能になります。これにより、個々のスマート アクチュエーターからより広範なシステム アーキテクチャまで、コンパクトな駆動、精密な動作、および安全性重視の制御を提供する必要があるヒューマノイド ロボットをサポートできます。

拡張性の高いヒューマノイド 関節設計向け高電力密度アーキテクチャ

ヒューマノイド ロボットでは、電力密度と拡張性を一体で設計する必要があります。関節のスペースは限られ、熱マージンも小さく、関節ごとに必要なトルク、サイズ、制御特性が異なります。インフィニオンは、高負荷関節からコンパクトなアクチュエーター設計までスケールする電源ポートフォリオで、この課題に対処しています。

OptiMOS™およびCoolGaN™のパワー デバイスは、コンパクトで高効率なアクチュエーションをサポートします。さらに、拡張性の高いパッケージとRDS (on) の選択肢により、設計者は電力レベルや熱設計方針に応じて適切なスイッチ技術を選択できます。より集積度の高いアーキテクチャ向けに、インフィニオンの集積GaNドライバ アプローチは、GaNパワー トランジスタにインテリジェント ゲートドライバと電流検出を組み合わせ、部品表 (BOM) の削減、ゲートドライバ設計の簡素化、保護機能のサポート、およびコンパクトなパワー ステージ設計の実現に貢献します。

これにより、設計者はヒューマノイドの関節 クラス全体にわたって一貫した技術基盤を得られ、インフィニオンのポートフォリオ内で、ある関節 アーキテクチャから次のアーキテクチャへ容易にスケールできます。

統合GaNパワー オプションをご覧ください
多様なMOSFETポートフォリオを見る

インフィニオンのツールでヒューマノイド 関節設計を加速

インフィニオンは、半導体製品ポートフォリオを、システム レベルのリファレンス ソリューションとソフトウェア イネーブルメントで補完し、製品の能力を関節レベルの設計へ落とし込むことを支援しています。REF_HUMA_MTR_48V_25Aは、単一のヒューマノイド モーター関節向けのシステム リファレンス ソリューションとして位置付けられています。

このリファレンス プラットフォームを中心に、インフィニオンはパワーMOSFETとゲートドライバ、GaNモーター制御ソリューション、集積GaNドライバ技術、モーター制御MCU、ToFおよびモーター制御センサー、バッテリー管理、電力分配および電力管理、ならびにModusToolbox™ Motor Suiteを提供します。

これにより、設計者は個々の製品だけでなく、連携したポートフォリオに加えて、評価、アーキテクチャ判断、チューニング、および設計組み込み (design-in) を支援する具体的な48 Vリファレンス プラットフォームとモーター制御開発環境にもアクセスできます。さらに、インフィニオンのヒューマノイド モーター制御向け機能安全ガイダンスと組み合わせることで、設計者はリファレンス ハードウェア、ソフトウェア ツール、センシング、通信、および安全性重視のシステム設計を、単一のエンジニアリング フレームワークで結び付けられます。

REF-HUMA-MTR-48V-25Aリファレンスを見る
ModusToolbox™ でモーターの立ち上げを加速

ModusToolbox™ Motor Suiteによるモーター制御開発の高速化

ソフトウェアにより、モーター制御の構想から動作するアクチュエーター設計までの道のりを短縮できます。ModusToolbox™ Motor Suiteは、ソフトウェア ツール、モーター制御ライブラリ、GUIサポート、および実際のモーター制御アプリケーション向けのコード例により、インフィニオンのモーター制御エコシステムを拡張します。

設計者にとって、構成、評価、テスト、デバッグ、チューニングの各段階における開発の複雑さを低減するのに役立ちます。インフィニオンは、ハードウェアとソフトウェアを別々の作業工程として扱うのではなく、モーター制御MCU、リファレンス デザイン、評価ボード、組み込みソフトウェア、およびアプリケーション評価ツールを1つの開発環境でつなげています。

これにより、モーターのチューニングを迅速化し、ヒューマノイド ロボットの関節駆動向けに、評価から設計導入 (design-in) までをより効率的に進められます。

モーター制御ソフトウェア ツールを見る

ヒューマノイド ロボットのモーター制御向け機能安全サポート

機能安全 (FuSa) は、ヒューマノイド ロボットのモーター制御と密接に関連しています。関節は人の近くで動作し、動的に反応し、さまざまな負荷、速度、リスク プロファイルにわたって制御された動作を実現する必要があります。そのため、ハザードと安全目標の初期定義から、システム設計、実装、検証、妥当性確認に至るまで、モーター制御アーキテクチャの重要な検討事項として機能安全を位置付ける必要があります。

インフィニオンは、モーター制御性能と安全性重視の設計を結び付ける製品ポートフォリオにより、このアプローチを支援しています。PSOC™ Control C3はClass BおよびSIL 2のユースケースに対応し、AURIX™ TC3xxは、よりハイエンドなアーキテクチャ向けにASIL-Dの中核 (アンカー) となります。要求の厳しい関節 アプリケーション向けに、インフィニオンの機能安全ガイダンスでは、MCU、電源、ゲートドライバ、MOSFET、電流センサー、位置検出、通信インターフェースが、安全コンセプトの下でどのように連携できるかも示しています。

設計者にとって、インフィニオンは単なるデバイスの選択肢ではありません。プラットフォームの選択肢でもあります。MCU、センシング、パワーステージ、通信はすでに整合しており、設計者は機能安全を考慮しながら高精度なヒューマノイド ロボットの関節を構築できます。

ヒューマノイドのモーター制御におけるFuSaに関するホワイトペーパーをご覧ください。
インフィニオンの機能安全について詳しくはこちら

インフィニオンの電流および角度センシングによる高精度な関節制御

高品質な動作は、高品質なフィードバックから始まります。インフィニオンは、電流および位置フィードバックの両方に対応するXENSIV™ センシング ソリューションにより、この制御アーキテクチャのレイヤーを強化しています。

TLE5571やTLE4973などのXENSIV™ 電流センサーは動的な関節制御をサポートし、TLE49012などの磁気角度センサー デバイスや、TLE480xなどの誘導式位置センシング デバイスは高精度な位置制御をサポートします。

インフィニオンでは、センシングを独立した追加機能として扱いません。これは、コンパクトなアクチュエーター設計において、トルク制御、動作安定性、精密な関節位置決めをサポートするよう設計された、連携されたモーター制御エコシステムの一部です。

XENSIV™ 電流センサーを見る
XENSIV™ 角度センサーを見る

ヒューマノイド ロボットのモーター制御にインフィニオンが選ばれる理由

ヒューマノイド ロボットの関節には、標準的なドライブ ステージ以上のものが必要です。必要なのは、パワー半導体、センシング、リアルタイム制御、およびシステムの拡張性を、コンパクトな機構スペースに統合した協調モーター制御ソリューションです。

インフィニオンは、これらの要素を1つのポートフォリオにまとめています。効率的なアクチュエーション向けのOptiMOS™とCoolGaN™、電流および位置フィードバック向けのXENSIV™デバイス、さらに拡張性の高い関節 アーキテクチャ向けのリファレンス ソリューションと、PSOC™ Control C3およびAURIX™モーター制御MCUを提供します。さらに、インフィニオンはBRIGHTLANE™イーサネット ソリューションにより、堅牢な有線通信をサポートします。

インフィニオンを選択すれば、単一のポートフォリオから、電力、センシング、制御の各技術を整合させ、さまざまな関節 クラスにまたがる設計が可能になります。これにより、個々のスマート アクチュエーターからより広範なシステム アーキテクチャまで、コンパクトな駆動、精密な動作、および安全性重視の制御を提供する必要があるヒューマノイド ロボットをサポートできます。

拡張性の高いヒューマノイド 関節設計向け高電力密度アーキテクチャ

ヒューマノイド ロボットでは、電力密度と拡張性を一体で設計する必要があります。関節のスペースは限られ、熱マージンも小さく、関節ごとに必要なトルク、サイズ、制御特性が異なります。インフィニオンは、高負荷関節からコンパクトなアクチュエーター設計までスケールする電源ポートフォリオで、この課題に対処しています。

OptiMOS™およびCoolGaN™のパワー デバイスは、コンパクトで高効率なアクチュエーションをサポートします。さらに、拡張性の高いパッケージとRDS (on) の選択肢により、設計者は電力レベルや熱設計方針に応じて適切なスイッチ技術を選択できます。より集積度の高いアーキテクチャ向けに、インフィニオンの集積GaNドライバ アプローチは、GaNパワー トランジスタにインテリジェント ゲートドライバと電流検出を組み合わせ、部品表 (BOM) の削減、ゲートドライバ設計の簡素化、保護機能のサポート、およびコンパクトなパワー ステージ設計の実現に貢献します。

これにより、設計者はヒューマノイドの関節 クラス全体にわたって一貫した技術基盤を得られ、インフィニオンのポートフォリオ内で、ある関節 アーキテクチャから次のアーキテクチャへ容易にスケールできます。

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インフィニオンのツールでヒューマノイド 関節設計を加速

インフィニオンは、半導体製品ポートフォリオを、システム レベルのリファレンス ソリューションとソフトウェア イネーブルメントで補完し、製品の能力を関節レベルの設計へ落とし込むことを支援しています。REF_HUMA_MTR_48V_25Aは、単一のヒューマノイド モーター関節向けのシステム リファレンス ソリューションとして位置付けられています。

このリファレンス プラットフォームを中心に、インフィニオンはパワーMOSFETとゲートドライバ、GaNモーター制御ソリューション、集積GaNドライバ技術、モーター制御MCU、ToFおよびモーター制御センサー、バッテリー管理、電力分配および電力管理、ならびにModusToolbox™ Motor Suiteを提供します。

これにより、設計者は個々の製品だけでなく、連携したポートフォリオに加えて、評価、アーキテクチャ判断、チューニング、および設計組み込み (design-in) を支援する具体的な48 Vリファレンス プラットフォームとモーター制御開発環境にもアクセスできます。さらに、インフィニオンのヒューマノイド モーター制御向け機能安全ガイダンスと組み合わせることで、設計者はリファレンス ハードウェア、ソフトウェア ツール、センシング、通信、および安全性重視のシステム設計を、単一のエンジニアリング フレームワークで結び付けられます。

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ModusToolbox™ でモーターの立ち上げを加速

ModusToolbox™ Motor Suiteによるモーター制御開発の高速化

ソフトウェアにより、モーター制御の構想から動作するアクチュエーター設計までの道のりを短縮できます。ModusToolbox™ Motor Suiteは、ソフトウェア ツール、モーター制御ライブラリ、GUIサポート、および実際のモーター制御アプリケーション向けのコード例により、インフィニオンのモーター制御エコシステムを拡張します。

設計者にとって、構成、評価、テスト、デバッグ、チューニングの各段階における開発の複雑さを低減するのに役立ちます。インフィニオンは、ハードウェアとソフトウェアを別々の作業工程として扱うのではなく、モーター制御MCU、リファレンス デザイン、評価ボード、組み込みソフトウェア、およびアプリケーション評価ツールを1つの開発環境でつなげています。

これにより、モーターのチューニングを迅速化し、ヒューマノイド ロボットの関節駆動向けに、評価から設計導入 (design-in) までをより効率的に進められます。

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ヒューマノイド ロボットのモーター制御向け機能安全サポート

機能安全 (FuSa) は、ヒューマノイド ロボットのモーター制御と密接に関連しています。関節は人の近くで動作し、動的に反応し、さまざまな負荷、速度、リスク プロファイルにわたって制御された動作を実現する必要があります。そのため、ハザードと安全目標の初期定義から、システム設計、実装、検証、妥当性確認に至るまで、モーター制御アーキテクチャの重要な検討事項として機能安全を位置付ける必要があります。

インフィニオンは、モーター制御性能と安全性重視の設計を結び付ける製品ポートフォリオにより、このアプローチを支援しています。PSOC™ Control C3はClass BおよびSIL 2のユースケースに対応し、AURIX™ TC3xxは、よりハイエンドなアーキテクチャ向けにASIL-Dの中核 (アンカー) となります。要求の厳しい関節 アプリケーション向けに、インフィニオンの機能安全ガイダンスでは、MCU、電源、ゲートドライバ、MOSFET、電流センサー、位置検出、通信インターフェースが、安全コンセプトの下でどのように連携できるかも示しています。

設計者にとって、インフィニオンは単なるデバイスの選択肢ではありません。プラットフォームの選択肢でもあります。MCU、センシング、パワーステージ、通信はすでに整合しており、設計者は機能安全を考慮しながら高精度なヒューマノイド ロボットの関節を構築できます。

ヒューマノイドのモーター制御におけるFuSaに関するホワイトペーパーをご覧ください。
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インフィニオンの電流および角度センシングによる高精度な関節制御

高品質な動作は、高品質なフィードバックから始まります。インフィニオンは、電流および位置フィードバックの両方に対応するXENSIV™ センシング ソリューションにより、この制御アーキテクチャのレイヤーを強化しています。

TLE5571やTLE4973などのXENSIV™ 電流センサーは動的な関節制御をサポートし、TLE49012などの磁気角度センサー デバイスや、TLE480xなどの誘導式位置センシング デバイスは高精度な位置制御をサポートします。

インフィニオンでは、センシングを独立した追加機能として扱いません。これは、コンパクトなアクチュエーター設計において、トルク制御、動作安定性、精密な関節位置決めをサポートするよう設計された、連携されたモーター制御エコシステムの一部です。

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