机器人的世界——通信|ethercat|新专利|机器人的世界|毫米波|通信技术

ROBOT WORLD

通信

前面几篇和机器人相关的文章，本人主要讲了机器人的大脑，世界模型，以及机器人感知这个世界的方式，但很显然，机器人光有脑不行，如何把脑部的指令精准地送到机器人的每一根手指上，顺序不能错，指令不能丢，也是一门学问，而这一切都需要靠通信技术来实现。鄙人不才，在做芯片之前正好是做通信的，所以今天就给各位读者朋友简单讲讲机器人的内部与外部通信，也就是机器人的“神经系统”，如有错漏,敬请斧正。

内部通信——机器人的神经系统

大家一般谈论机器人的时候，都会讨论机器人的算力，能力，具体到实际内容，就是这个机器人的大脑是Thor还是Orin，是工业机器人还是家用机器人，是遥操还是自适应等等等等，但是很少有人会讨论机器人的内部通信水平怎么样，通信总线抖动多大。原因很简单，行业外的人士真的不知道这些参数的重要性，行业内的也不会选择这些受众难以理解的概念去进行宣传。技术的细节天生曲高和寡，在自己的宣传中讲这些，本质上和晚上八点半给政府官员打电话进行技术说教是同一种行为。但不适合宣传不代表其不重要，恰恰相反，机器人的内部通信是机器人能够协调运动的重要保障，如果内部通信没处理好，机器人就会患上“躯体化”和“植物神经紊乱”。

那么，机器人内部的通信，重要的是什么呢？答案是确定性。

绝大多数领域的通信，我们一般会更关注其带宽，延迟和QoS，而机器人则是那个不那么关注带宽但却极其追求确定性的领域，还记得我之前有讲过的“符文之语”吗？关节电机、编码器、力传感器这些节点，每个周期要交换的数据量小得可怜，可能只有几十个字节，都不需要百兆以太网，哪怕是很久远的T1/E1，带宽都绰绰有余。但符文之语连顺序都不能错，同理，机器人内部通信的抖动就很关键，这个周期数据1毫秒到，下个周期变成3毫秒到，控制回路是很难处理的，所以需要控制抖动，提升确定性。

目前，机器人领域喜欢使用EtherCAT来进行内部通信。EtherCAT为什么能获得青睐?很简单，因为它确实稳。报文穿过从站硬件直接读写数据，不拆包、不缓存完整帧，是面向运动控制的硬实时工业以太网总线。飞读飞写加上分布式时钟可以把抖动压到1微秒以内，所有节点的时钟对齐到纳秒级。主站发一帧出去，从站芯片在帧路过自己的时候顺手把数据拿走，并且把自己的数据塞进去，连存转发的延迟都省了，非常和谐。

但就像某些国外媒体喜欢问的，EtherCAT的代价是什么呢？主站压力大，从站成本高，拓扑容错差，以及控制权不在国内——这对目前逆全球化的浪潮并不友好，毕竟全国产自主可控才是主流。那我们如何去升级改造EtherCAT？自进化是一条路径，把主干带宽提上来，兼容更多视觉、力觉数据，分支还是兼容原来的百兆从站，相当于老生态不动，主干网络提速，这是比较稳的演进，但是成本问题依然比较难解决；另一条路径是TSN时间敏感网络，这是IEEE 802.1的标准化路线，本质上是给普通以太网加上时间调度、帧抢占、流量整形这些确定性机制。TSN的好处是它是开放标准，不受单一厂商绑定，所以TSN要是生态成熟了，国内厂商替换的动力还是很强的。

当然了，除了这两种方案，我们依然不能遗忘CAN FD和CAN XL。这是成本很低的方案，收发器价格很便宜，可靠性很高，所以从工程角度来看，未来的机器人可能是混血的，主干采用EtherCAT或TSN，支线CAN FD。工程落地是一定要考虑成本问题的，不是技术先进就一定能赢。

外部通信——天线宝宝

先给大家看一张图

很显然，这图是个乐子图，人体要是改造成这样，估计细菌是早上8点进入人体的，人是8点半没的，但是对于机器人来说，这并不是个乐子，机器人的内部通信就应该是图2的状态，而机器人的外部通信则应该是图3的状态。

为什么机器人需要外部通信？这就涉及到一个基础问题，就是算力强功耗必然高，而当功耗高到一定程度的时候，散热就会复杂，体积就会变大，续航就会降低，也就是说，算力强，续航长，体积小是机器人的不可能三角，而且算力强的机器人价格也会贵，这对处于应用落地初期的机器人是很不友好的。所以在固定场景下，能否将机器人的部分算力从本体拿出来，这是一个值得研究的问题。

这里给各位普及一个常识，同样性能或者功能的东西，家用级的和工业级的价格是不一样的，固定点位和移动设备价格是不一样的，所以Thor的核心GB10B面积虽然才391，和5080核心GB203的面积差不多，但是整体价格确实贵了不少，即便是用AI Max+395搭上5080，价格也比Thor便宜，但是可以提供的算力就完全不一样了，所以从应用落地的角度来看，把大算力的部件摘出来，是很有价值的一件事。

摘出来的算力，我们可以放到一个边缘侧盒子里，你可以叫它机器人基站，也可以类比为一台AI NAS，也就是最近绿联们在主推的产品。这台设备成本相对较低，接入终端数较高，未来还可以很方便地链接世界模型，毕竟计算能力摆在那里，这台设备甚至可能会取代家用台式机，成为真正的家庭计算中枢。

那么这样一台算力中枢，和轻量化的机器人，中间唯一需要解决的问题就是通信了。机器人和边缘网关之间,需要一条高可靠、低延迟、高带宽的近程无线链路。高带宽和低延迟目前看来还相对容易解决，毕竟随着无线通信的发展，带宽确实越来越高，延迟和QoS也越来越好，Wifi7的峰值带宽可以达到46G，但是高可靠则不是那么容易解决的，在工厂等环境下，设备多，电磁干扰较大，在家用环境中，有移动公司上门测试经验的朋友都知道，不同的角落，信号强度差距是比较大的。如何在这些环境中实现高可靠通信，同时又不能把覆盖成本推得太高，确实是值得讨论的问题。

目前看来，Wifi 8是一个值得关注的标准，延迟降25%，AP之间漫游的丢包降25%，多AP协同(MAPC)让多个路由器不再互相抢信道、而是像一个整体一样协作。CES 2026上，博通、联发科的WiFi 8芯片已经亮相了，国际标准预计在2028年左右定稿，时间点上刚好承接起具身智能在跌落Gartner曲线愚昧之谷之后的平缓复苏。

而另外一个值得关注的通信方式则是毫米波通信。毫米波的坏处是不能穿墙不能拐弯，但是只要在家庭场景中每个房间部署一个通信设备，实际上也不需要穿墙和拐弯，毫米波通信带宽够用，延迟极低，非常适合卸载重载通信业务。而6G听起来是个很好的选择，用通信信号顺便干雷达的活，基站发出去的电磁波能感知屋里的人和物，实现通感一体，但是其商用会更晚一点，并且由于这是运营商建设的网络，使用成本还不可知。

至于工厂使用场景，除了通信技术本身，还得考虑到抗干扰性，必须使用组合技术来保障可靠性，如采用定向天线+LDPC+自适应功率+频域陷波来保障固定站点远距离点到点通信，这些技术目前还是相对成熟的，实在不行把天线宝宝变成有线宝宝，只要线别缠在一起就行。