方案连载・人形机器人篇（三）｜拟人步态+精细抓取，ST电机驱动+ST60无缆化方案让人形机器人“动”得更自由

流畅的步态、精准的抓取、灵活的颈部转动——这些决定人形机器人“拟人感”的核心体验，归根结底依赖于多关节电机对扭矩、速度与位置的高精度控制。而这一目标的实现，离不开高性能主控MCU、电机驱动及功率管、电流采样及通讯连接的深度协同。

意法半导体针对人形机器人肩、肘、髋、膝、腕、手指、颈部等不同扭矩等级的关节需求，提供从主控MCU、ST60无缆化连接，集成驱动、分立栅极、GaN功率器件、电流检测运放到电机控制MCSDK的全链条方案，配套官方评估套件，一站式解决多关节同步控制、低噪音运动、大负载稳定输出、执行器小型化等设计难题。

参考指南对人形机器人关节的定性分类

1. 大电流/大扭矩主关节：髋、膝关节，需要高响应、高效率三相BLDC/PMSM电机；

2. 中等扭矩关节：肩、肘关节；

3. 中等‑低扭矩精密关节：腕部、颈部；

4. 中小‑低扭矩精密执行器：灵巧手手指，可使用空心杯电机、直流无刷电机。

核心硬件产品线

集成一体化驱动（MCU+栅极内置，极简BOM）

• STSPIN32G4：内嵌STM32G4内核，支持驱动三相BLDC电机，适配多关节紧凑模组

• POWERSTEP01：85V高压微步进驱动，支持电压/电流双模式，运动曲线可编程

• STSPIN9P1/STSPIN958：大电流/宽电压全桥驱动，适配重载关节

分立栅极驱动器STDRIVE101/STDRIVEG210：6路半桥，兼容MOS/GaN，低传输延时，多关节同步时序精准可控

功率器件矩阵

• STripFET F7/F8 MOS：60/80/100V多规格，极低导通损耗，散热优异

• PowerGaN 100V增强型器件SGT3D5R10MEB：开关速度快，提升功率密度，缩小执行器体积

电流检测与信号调理：TSC240/TSC1801/TSC2021精密双向电流检测放大器、TSV794高速四路运放，实时采集相电流，实现闭环扭矩控制

ST60非接触连接器，解决实体连接器及线缆旋转运动牵绊，插拔耗损等连接问题

配套软件与一站式开发套件

硬件之外，ST提供成熟的软件工具链与开箱即用的评估板，大幅降低开发门槛：

软件工具

• X-CUBE-MCSDK电机控制库：内置成熟FOC算法，配套上位机电机调参工具

• STSPIN Studio：适配步进/有刷电机快速调试

官方评估板

• STEVAL-ETH001V1：48V 700W单伺服，EtherCAT通信、FOC位置环

• STEVAL-DUOSRV1CB：双48V伺服驱动器，CAN总线、双电机协同控制

• EVL-SERVO1：3kW大功率关节驱动，再生制动、多编码器支持

• B-G431B-ESC1：24V小型BLDC电调，微型手指/颈部执行器开发

• ST60-EtherCAT、ST60-GigE、ST60-USB等多协议评估板

方案核心价值

• 分层器件匹配大小关节，兼顾大功率负载与微型手部轻量化需求；

• GaN器件大幅缩小驱动板面积，降低热耗，适配机器人四肢狭小空间布局；

• 内置硬件互锁、过流/过温/短路全保护，机器人跌倒或卡滞时有效保护执行器；

• 标准化FOC固件降低算法开发门槛，多关节同步控制调试周期可缩短60%；

• 独具特色的ST60无缆化方案，支持自由旋转及高速通讯，开启新型通信连接赛道。

适用人群

人形机器人运动控制工程师、伺服驱动硬件设计师、关节执行器产品研发、电机FOC 算法工程师、工业协作机器人开发人员。

意法半导体人形机器人电机控制方案覆盖从主控MCU、集成驱动、功率半导体到检测模拟前端的完整链路，搭配标准化FOC软件与全套评估套件，可灵活适配全身各级关节运动需求，兼顾运动顺滑度、系统能效与硬件小型化，为实现高拟人化步态与精细抓取动作提供标准化的硬件底座。