ヒューマノイド (ヒト型ロボット)

未来のロボットを構築するための包括的なシステム レベルのソリューション

TI のシステム レベルのソリューションを使用して、より安全性に優れたスマートでコンパクトなヒューマノイド (ヒト型ロボット) を設計しましょう。ロボット設計に TI の高度な窒化ガリウム (GaN) ゲート ドライバや高精度なセンシング デバイスを活用することで、コストと性能の要件を満たしながら、さまざまな業界で進歩を推進することができ、生産性、安全性、そして毎日の生活を向上させることができます。

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ヒューマンノイド ロボットに適した設計リソースをご確認ください。サブシステム製品の推奨を掲載した対話型操作可能な参照用の図から、技術に関するホワイト ペーパーやトレンドを紹介するブログ記事まで、設計サイクルの短縮に役立つアプリケーション リソースをこちらで検索できます。

右側の図を参照することで、TI のヒューマンノイド ロボット アプリケーションを確認できます。

ナビゲーションとセンシング

ヒューマノイド ロボットのナビゲーションとセンシングには、多くのセンサから収集したリアルタイム データ アクイジションが含まれており、環境の要素を認識することができます。ヒューマノイド ロボットはアルゴリズムを使用して、障害物検出、経路計画、複雑な環境での自律的なナビゲーションを目的とした高精度の動作のセンサ入力を処理します。

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位置センサ

ヒューマノイド ロボットの位置センシングを実現するには、高性能の光学、磁気、誘導性センシングが必要です。これらの設計には、広い産業用温度範囲にわたって動作できる小型エンコーダ向けの小型フットプリント、低消費電力の半導体ソリューションが必要であり、信頼性の高い位置センシングに適した電磁適合性の耐性があるインターフェイスを搭載しています。

arrow-right こちらのヒューマノイド ロボットの位置センサをご覧ください

バッテリ マネージメント システム

こちらの統合回路とリファレンス デザインは、バッテリ パックの監視、保護、セル バランシング、残量計など各機能に対応し、ヒューマノイド ロボット向けのバッテリ管理システム (BMS) の作成に役立ちます。

arrow-right こちらのヒューマノイド ロボットの BMS をご覧ください

システム コントローラ

ヒューマノイド ロボット内のシステム コントローラは、人の脳として機能し、センサ データを処理して、周囲の環境の知覚、意思決定、動作の制御を行います。このプロセッサは、歩行、物体操作、人間とのやり取りなどのタスクを管理します。

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単軸および多軸サーボ ドライブ

こちらの統合回路とリファレンス デザインは、ヒューマノイド ロボットに適した、コンパクトで効率的、かつ包括的な保護機能を搭載した電力段モジュールの作成に貢献します。こちらの組込みプロセッサを採用すると、モーター制御能力を向上させ、IEC の絶縁と電磁適合性の要件を上回ることができます。

arrow-right こちらのヒューマノイド ロボットのモーター ドライブをご覧ください
ナビゲーションとセンシング
位置センサ
バッテリ マネージメント システム
システム コントローラ
単軸および多軸サーボ ドライブ

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) システムで TI 製品を選択する理由

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スマートで安全、かつコンパクトなロボット向けモーター ドライブを製作可能

TI の GaN デバイスとゲート ドライバを活用することで、小型で高効率な安全性の高いサーボ ドライブを製作できます。また、高精度な電流センシングとエンコーダを活用することで、より高精度なモーター制御が可能になります。 

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センシング、認識、ナビゲーションに適したインテリジェントな機能を開発可能

TI のプロセッサ ファミリは、認識、センサ フュージョン、ナビゲーションに適した高性能のエッジAI コンピューティングに役立ちます。TI のミリ波レーダー製品ラインアップは、ヒューマノイド (ヒト型ロボット) 向けの高精度センシングに貢献します。

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機能安全の各種要件に適合

TI のアナログ IC と組込み IC がオンチップ実装している安全機能を使用すると、IEC 61508、ISO 13849、ISO 26262 などの安全規格に対応すると同時に、システム レベルのコストを削減することができます。

より安全性に優れたスマートなヒューマノイド (ヒト型ロボット) の設計

小型で効率的、かつ包括的な保護機能を搭載したサーボ ドライブ向け電力段モジュールを製作可能

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) は、多数のモーターに依存しており、各モーターは、高い電力密度と高精度な制御をコンパクトなスペースで実現する必要があります。GaN テクノロジーでは、内蔵ドライバのおかげで、同様の機能を持つ金属酸化膜半導体電界効果トランジスタに比べて、電力段のサイズを 50% 以上小型化できます。GaN は、スイッチング損失が非常に小さいため、数百 kHz の範囲で高周波パルス幅変調制御を実現できます。過度の熱を発生させずに効率を維持できるため、ヒューマノイド (ヒト型ロボット) システムの複雑で高性能な要件に対応するのに役立ちます。

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アプリケーション概要
Gate Driver Design Requirements for Humanoid Robot Motor Drives
TI は IC の幅広いラインアップを提供しており、これらを使用するとさまざまな設計仕様を実現して、環境内で素早く反応できるロボットを製作することができます。
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アプリケーション概要
ヒューマノイド ロボットに搭載された電流センシング
TI の機能的絶縁型電流センシング変調器は、小型フォームファクタで最高レベルの精度を実現すると共に、高い CMTI と、ブランキング時間のない PWM サイクル全体にわたる連続センシングを実現します。 
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技術記事
電流と電圧の高度なセンシングを活用して超高精度ロボットを実現 する方法
DRV7308 など、GaN ベースの IPM の進歩は、家電製品や HVAC システムのモーター ドライブにおける電力密度、電力供給、効率の向上を促進すると同時に、システム コストの削減や信頼性の向上にもつながります。
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電力段 に関する主な製品
LMG2100R026 アクティブ 100V、2.6mΩ、ハーフブリッジ GaN (窒化ガリウム) 電力段
新製品 AMC0106M05 アクティブ 電流センシング向け、±50mV 入力、機能絶縁型、デルタシグマ変調器
DRV8350 アクティブ 最大 102V、3 相スマート ゲート ドライバ

滑らかで高精度の動作の迅速な実現

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) では、高精度の動作と速度を実現するために、モーターの電流、電圧、位置を常にリアルタイムで測定する必要があります。TI の C2000™ マイコンと Sitara™ プロセッサは、高性能のリアルタイム制御を実現できるため、ロボットを高い精度、安定性、安全性で確実に動作させることができます。通信よび処理の遅延を最小化するように設計されたこれらのプロセッサは、クラス最高のモーション制御、サイクル時間、パス精度を実現できるため、最近のヒューマノイド (ヒト型ロボット) システムの性能に対する要件の高まりにも対応できます。

ビデオ
非集中型 (分散型) 多軸モーター制御
TI の非集中型 (分散型) 多軸サーボ ドライブ アーキテクチャを採用すると、リアルタイム制御を、実際の動作にいっそう近付けることができます。
技術記事
What is “real-time control” and why do you need it?
リアルタイム制御とは、データの収集、そのデータの処理、およびシステムの更新を既定の時間枠内で行う閉ループ システムの能力を指します。システムがこの定義済み時間枠に間に合わない場合、安定性、精度、効率は低下します。
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技術記事
How to achieve precise motion control in industrial drives
高精度のモーション コントロールを実現するには、産業用ドライブの多くの要素がそれぞれ重要であり、これにはセンシング、処理、アクチュエータ駆動という、リアルタイム制御の設計にとって基礎となる 3 つのサブシステムがすべて該当します。
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モーター制御 に関する主な製品
新製品 AM2612 アクティブ リアルタイム制御機能と安全機能とセキュリティ機能を搭載、500MHz 動作、デュアル コア Arm® Cortex®-R5F ベースのマイコン
TMS320F28P650DK アクティブ C2000™ 32 ビット マイコン、2 個の C28x+CLA (制御補償器アクセラレータ) CPU、ロックステップ、1.28MB フラッシュ、16 ビット ADC、HRPWM、EtherCAT、C

適切な時間枠で通信を完了させ、高精度で安全な動作を実現

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) で高精度かつ安全な動作を実現するには、標準またはシングル ペア イーサネット (SPE) などの、システム間でタイムリーなデータ交換を行うためのリアルタイム通信インターフェイスが不可欠です。TI の最新の物理層 (PHY) に TI の高性能リアルタイム マイコンを組み合わせることで、最大ギガビットの通信速度のさまざまな産業用通信プロトコルに対応できるようになるだけでなく、ケーブルの重量や、複雑さ、また高度なロボット設計における故障ポイントの低減にも貢献します。

アプリケーション・ノート
How and Why to Use Single Twisted-Pair Ethernet (SPE) for Industrial Robotics Environments (Rev. A)
この記事では、ロボット アプリケーションにおける SPE (Base-T1) の利点と、コンパクトで効率性および信頼性に優れた低ノイズのロボット システム向けの通信インターフェイスを設計する際の主な課題について説明します。
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アプリケーション・ノート
EMC/EMI Compliant Design for Single Pair Ethernet
このアプリケーション ノートでは、電源とクロック供給方式に注目しながら、電磁干渉試験と電磁適合性試験に合格するのに役立つ、回路図やレイアウト方法に関するガイダンスが提供されます。
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通信 に関する主な製品
DP83TC812S-Q1 アクティブ 車載、RGMII と SGMII 搭載、TC-10 準拠、100BASE-T1、イーサネット PHY
DP83826E アクティブ MII インターフェイスと拡張モード搭載、低レイテンシの 10/100Mbps PHY
TCAN1042-Q1 アクティブ 車載対応、フレキシブル データ レート対応、故障保護機能搭載、CAN トランシーバ

安全上の脅威に対する応答時間を犠牲にせずに、ロボットの性能と速度を向上させることが可能

TI の高精度ミリ波センサ製品ラインアップを活用して、ヒューマノイド (ヒト型ロボット) との密接な連携を実現しましょう。TI のミリ波レーダー センサを採用すると、360 度の視野で高精度のデータを収集できるため、設計で最高レベルの精度を実現するのに役立ちます。また、TI のレーダー技術は TÜV SÜD (Technischer Überwachungsverein) から事前認証済みのセーフティ インテグリティ レベル (SIL) 2 に達しているので、安全設計サイクルを実現し、レーダー保護デバイスに関する IEC (国際電気標準会議) 61496-5 規格の要件を満たすのが容易になります。

リファレンス デザイン
LiDAR 用ナノ秒レーザー ドライバのリファレンス デザイン
LiDAR (Light Distancing And Ranging、光を使用した検出と距離測定) を採用したこのリファレンス デザインは、パルス幅の狭いアプリケーションで LMG1020 と LMG1025-Q1 の各ローサイド ゲート ドライバを使用する方法を紹介します。 
ビデオ
ウェビナー:ロボット分野のセンシング
協力ロボット (コボット) が人間と連携、共存、協力できるように、ミリ波、超音波、光学センサなどの各種センサを活用する方法や、無人搬送車を実現し、物体の検出と回避を実行するために各種センサを活用する方法をご確認ください。
ビデオ
TI のミリ波製品のエキスパートが、機能安全について説明
このビデオは、TI のレーダー センサで利用できる機能とリソースについて説明します。これらを活用すると、最終アプリケーションで機能安全の開発が容易になります。
安全用途のセンサ技術 に関する主な製品
IWR6843 アクティブ 処理機能内蔵シングルチップ 60GHz ~ 64GHz インテリジェント ミリ波センサ
TDA4VM アクティブ ビジョン認識と分析向け、Dual Arm® Cortex®-A72、8 TOPS の AI、C7xDSP および GPU を搭載した SoC
LMG1020 アクティブ 5V UVLO (低電圧ロックアウト) 搭載、ナノ秒単位の入力パルス対応、7A/5A、シングルチャネル ゲート ドライバ

機能安全システム認証手続きの効率化

TI の機能安全に準拠したセンサとプロセッサを使用すると、IEC 61508 などの機能安全規格の厳格な要件に対応しやすくなります。機能安全分野の TI の認定エンジニアに加えて、機能安全に関する平均故障率、故障モード、影響、および診断分析、安全認証書、ソフトウェア診断ライブラリなどの資料やリソースが利用できるので、認証プロセスの簡略化に役立ちます。

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ホワイト・ペーパー
Optimizing functional safety for industrial robots
このホワイト ペーパーは、産業用ロボットが採用するプロセッサの機能安全と、機能安全を実現するために使用できるいくつかのオプションについて説明します。
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機能安全情報
Design Smaller Safe Torque Off (STO) Systems Using 3-Phase Smart Gate Drivers
TI の各種 3 相スマート ゲート ドライバは、TI の機能安全品質管理デバイスとしてリリースされており、次期セーフ トルク オフ (安全な方法でトルクを低減) システムの設計用に役立ちます。
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ビデオ・シリーズ
TI における機能安全
TI のアナログ製品と組込みプロセッシング製品を使用すると、ISO 13849 や IEC 61508 などの機能安全規格が課す厳格な要件に対応できます。TI のエキスパートの情報を活用すると、機能安全システムの認証を効率化できます。

録音パスから再生まで:TI のフル オーディオ スタック

ロボットのオーディオ パスのあらゆる段階で、クリアで効率的、かつ信頼性の高いサウンドを実現します。TI のオーディオ アンプとコンバータは、大電力出力と高精度フィルタリングを実現し、熱生成と消費電力を最小化します。

インテリジェント機能を組み合わせることで、TI のデバイスはリアルなオーディオ エクスペリエンスを実現できます。例えば、無音を検出して消費電力を低減する音声アクティビティ検出や、安全な動作とスピーカの寿命延長を可能にするスピーカ保護などが挙げられます。リアルタイム負荷診断機能により故障を即時に検出して損傷を防止するとともに、監視システムによりロボット設計において信頼性の高いオーディオ性能を確保します。

アプリケーション・ノート
How to use the Voice Activity Detection in the TAx511x and TAx521x
音声アクティビティ検出アルゴリズムは、音声トリガによるシステム ウェークアップ メカニズムです。この機能を使用すると、デバイスまたはシステムをスリープ モードにして、音声アクティビティがないときに消費電力を最小限に抑えることができます。 
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アプリケーション・ノート
SmartPA Speaker Protection Algorithm
このアプリケーション ノートでは、TI の SmartPA システムに搭載された、スピーカの過剰使用による損傷を防止するためのスピーカ保護アルゴリズムの仕組みについて説明します。
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フル オーディオ ソリューション に関する主な製品
TAS6511-Q1 アクティブ 車載、電流センス機能搭載、45V、2MHz、1 チャネル、デジタル入力、Class-D オーディオ アンプ
新製品 TAA5412-Q1 アクティブ 112dB のダイナミック レンジ、高電圧入力、マイク バイアスと診断機能搭載、車載用ステレオ オーディオ ADC
TAS2781 アクティブ 25W、4.5V ~ 23V、デジタル入力、オーディオ処理機能内蔵、スピーカ保護機能搭載、Class-D アンプ
アプリケーション概要
統合 3 相スマート ゲート ドライバを使用した、より小型の STO システムの設計
この記事では、セーフ トルクオフ (STO) の要件、市場動向、既存のソリューション、DRV8350F と DRV8353F を使用した小型 STO 設計のアプローチについて説明します。
リファレンス・デザイン
統合型モーター ドライブ向け、48V、85A、小型フォーム ファクタ、3 相インバータのリファレンス デザイン

このリファレンス デザインは、48V DC入力、85ARMS 出力、3相モーター ドライブ インバータを示します。100V のインテリジェント ハーフブリッジ ゲート ドライバ DRV8162L を採用すると、小型サイズ、堅牢、高効率の電力段を実現できます。セーフ トルク オフ (STO) 機能のために、DRV8162L の分離型電源アーキテクチャを活用したマルチチャネル シャットダウン経路が提案されています。DRV8162L の内部 VDS 監視機能と保護機能は、過電流障害から保護します。INA241A を使用した位相 A と 位相 B、および機能絶縁型デルタ シグマ変調器である (...)

リファレンス・デザイン
統合型モーター ドライブ向け、48V/16A、小型フォーム ファクタ、3 相 GaN インバータのリファレンス デザイン
このリファレンスデザインは、モーター一体型サーボドライブやロボット用途に特化した、電力密度の高い 12V ~ 60V の三相電力ステージを示します。GaN FET、ドライバ、ブートストラップダイオードを内蔵した 100V・35A の GaN ハーフブリッジ「LMG2100R044」を 3 個使用しています。高精度な相電流センシングは、IN241A 電流センスアンプまたは AMC0106M05 機能絶縁型デルタシグマ・モジュレータにより実現されます。また、DC リンク電圧および相電圧も測定されており、InstaSPINFOC™ のような高度なセンサレス設計の検証が可能です。この設計は、TI (...)

ヒューマノイド (ヒト型ロボット) 関連の各種リファレンス・デザイン

セレクションツールを使用すると、お客様のアプリケーションやパラメータに最適なリファレンス・デザインをご覧いただけます。

アポロ計画のようなヒューマノイドは、労働者を補完し、支援することで、現在の労働力に直面する多くの課題を解決することができます。TI は、必要とされる支援技術を継続的に開発しています。 
– Errol Leon | テキサス インスツルメンツ ロボット システムとマーケティング

技術リソース

関連資料
関連資料
ヒューマノイド ロボットとモバイル ロボットに関するエンジニア向けガイド
設計の複雑化が進む中で、TI は高度な半導体とシステム レベルの専門知識を活用して、次世代ロボットの開発期間を短縮できるようエンジニアを支援しています。開発を迅速に開始できるようにするための重要なインサイトをご覧ください。
アプリケーション・ノート
アプリケーション・ノート
How and Why to Use Single Twisted-Pair Ethernet (SPE) for Industrial Robotics Environments (Rev. A)
産業用ロボット環境でのシングルツイストペア イーサネットの使用方法とその理由
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関連資料
関連資料
ロボット ソフトウェア開発キット
ロボット ソフトウェア開発キットには、TI の Jacinto™ プロセッサ向けのソフトウェア開発環境が用意されているほか、ロボット ソフトウェアの開発に活用できるソフトウェアのビルディング ブロック (構成要素) とサンプル デモも付属しています。