Selon les statistiques publiées par l'EtherCAT Technology Group (ETG) en 2024, EtherCAT a capté 39,2 % du marché mondial des protocoles de communication pour robots industriels, avec un taux de croissance annuel de 12,7 %, surpassant nettement les autres protocoles concurrents. Ses avantages sont particulièrement évidents dans des scénarios d'application clés : du contrôle en temps réel des articulations multiples dans les robots humanoïdes, à la fusion multi-capteurs dans la conduite autonome, et la collaboration homme-machine dans l'Industrie 4.0. EtherCAT redéfinit la manière dont les systèmes intelligents interagissent avec le monde physique.

Pourquoi EtherCAT suscite-t-il une attention croissante ?

EtherCAT est l'une des principales méthodes de communication pour les articulations de robots, largement utilisée dans les robots industriels etle contrôle des articulations de robots humanoïdes. Des fabricants leaders comme KUKA et FANUC adoptent massivement EtherCAT comme bus de contrôle pour supporter des tâches complexes telles que le soudage, la manutention de matériaux et la pulvérisation.

EtherCAT est particulièrement adapté aux applications nécessitant des exigences strictes en temps réel. Le contrôle des articulations de robots implique généralement trois boucles imbriquées—courant, vitesse et position—qui nécessitent un processus rapide en boucle fermée d'acquisition de signal → calcul → sortie.

EtherCAT supporte également une architecture de communication unifiée pour le corps entier des robots. Dans certains systèmes, il est combiné avec CAN—par exemple, EtherCAT pour le haut du corps et CAN pour le bas du corps.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) a été introduit pour la première fois en 2003 par Beckhoff Automation (Allemagne). À l'époque, le secteur industriel avait un besoin urgent d'une solution de communication rapide, efficace et à faible coût. EtherCAT est apparu pour surmonter les limites de l'Ethernet traditionnel dans l'automatisation industrielle et a rapidement gagné une large attention. L'une de ses caractéristiques les plus notables est sa vitesse de transmission de données extrêmement élevée, permettant une précision de synchronisation au niveau nanoseconde.

EtherCAT utilise seulement trois couches de protocole—couche physique, couche liaison de données et couche application—similaire aux bus de terrain traditionnels. Cependant, comparé à d'autres protocoles Ethernet temps réel comme PROFINET et EtherNet/IP, la pile de protocoles d'EtherCAT est bien plus légère. Cela permet un échange de données ultra-rapide dans des cycles très courts, répondant pleinement aux exigences de contrôle en temps réel des robots et permettant une réponse rapide aux commandes et un contrôle de mouvement de haute précision.

Sa technologie Distributed Clock (DC) garantit une synchronisation précise de tous les appareils sur le réseau, permettant aux articulations des robots de se mouvoir en parfaite coordination et évitant les erreurs de mouvement causées par des déviations temporelles.

« Processing on the Fly » : L'avantage concurrentiel clé d'EtherCAT

On-the-Fly / Processing on the Fly est souvent considéré comme le fossé technologique d'EtherCAT. Les ingénieurs notent que cette fonctionnalité est actuellement unique à EtherCAT et ne repose pas sur une communication basée sur IP. C'est le cœur de la conception qui permet les performances exceptionnelles d'EtherCAT, permettant aux appareils esclaves de lire ou écrire des données directement à mesure que les trames passent—sans stocker la trame entière—atteignant une communication en temps réel au niveau microseconde.

Contrairement aux protocoles Ethernet traditionnels qui reposent sur des mécanismes de stockage et de transfert, les esclaves EtherCAT traitent les données directement pendant la transmission des trames. Le délai de traitement par nœud est aussi bas que 1 µs. Les implémentations techniques clés incluent :

Synchronisation d'horloge distribuée : Utilisation d'algorithmes de compensation de décalage maître-esclave, une précision de synchronisation à l'échelle du réseau meilleure que 100 ns, conforme aux normes IEEE 1588 améliorées.

Structure de trame optimisée : Un en-tête de trame ultra-compact de 8 octets, atteignant une efficacité de charge utile de données jusqu'à 98 % (contre ~60 % pour PROFINET), améliorant significativement l'utilisation de la bande passante.

À la fois en termes de performance et de sécurité, EtherCAT est extrêmement puissant. Cependant, une autre raison majeure de sa domination réside dans son ouverture.

Du point de vue d'un ingénieur, EtherCAT n'est peut-être pas aussi simple à utiliser que CAN, mais pour les applications intensives en contrôle de mouvement, EtherCAT offre le meilleur rapport coût-performance.

Aujourd'hui, les fabricants de MCU accordent une grande importance stratégique à EtherCAT.

Dès décembre 2023, HPMicro a annoncé la première série de MCU haute performance en Chine avec un contrôleur esclave EtherCAT (ESC) officiellement licencié par Beckhoff—la série HPM6E00—suivie par le HPM6E8Y axé sur les robots. Au CES 2026, HPMicro a présenté le HPM5E3Y, un MCU haute performance spécialement conçu pour les articulations de robots. Il intègre un contrôleur esclave EtherCAT et deux transmetteurs-récepteurs Ethernet PHY, dispose d'un cœur RISC-V fonctionnant à 480 MHz, comprend 512 Ko de RAM et 1 Mo de Flash, et est proposé dans un boîtier ultra-compact aussi petit que 9 × 9 mm, le rendant idéal pour les conceptions d'articulations de robots à espace restreint. Ensemble, HPM5E3Y et HPM6E8Y forment la gamme de produits MCU pour articulations de robots la plus complète au monde.

Pourquoi de nombreux clients choisissent-ils encore CAN ?

CAN (et sa variante orientée contrôle de mouvement, CANopen) est une autre solution de communication principale pour les robots, particulièrement adaptée aux applications avec des exigences en temps réel moins strictes, comme les parties inférieures des robots et les entraînements de robots à roues.

Alors que les coûts d'EtherCAT diminuent, certains scénarios d'application de CAN ont été réduits. Cependant, CAN reste largement utilisé dans les robots avec moins d'articulations et des fréquences de contrôle plus basses, comme les robots quadrupèdes et les chiens robots. De plus, CAN reste indispensable dans les robots humanoïdes. Par exemple, Zhiyuan Lingxi X1 utilise EtherCAT à 100 Mbps avec une communication en temps réel à 1 kHz, les passerelles EtherCAT transmettant les données à trois canaux CAN FD fonctionnant jusqu'à 5 Mbps.

CAN supporte le partitionnement multi-segments du réseau. Dans les robots humanoïdes avec plus de 40 articulations, les articulations peuvent être regroupées par membres (bras, jambes) en plusieurs segments CAN FD, réduisant les retards et les pertes de paquets causés par l'arbitrage du bus.

Conçu à l'origine pour l'électronique automobile, CAN met l'accent sur la fiabilité et l'immunité au bruit. Il utilise un mécanisme Carrier Sense Multiple Access with Non-Destructive Arbitration (CSMA/CA), permettant à plusieurs nœuds de transmettre lorsque le bus est inactif. En cas de collision, les messages de priorité plus élevée (valeurs d'ID plus basses) continuent leur transmission, tandis que les messages de priorité plus basse reculent automatiquement—garantissant un arbitrage sans perte.

Ce mécanisme permet une prise de décision distribuée et une haute fiabilité, faisant de CAN un choix idéal pour transmettre des signaux de commutation et des données de capteurs. Par conséquent, il est largement utilisé dans la communication entre les unités de contrôle électronique (ECU) automobiles. Cependant, lorsqu'il est appliqué au contrôle de mouvement multi-axes coordonné avec des exigences extrêmement strictes en temps réel et périodiques, les limitations inhérentes de CAN deviennent apparentes.

D'un point de vue sélection de système, CAN est souvent utilisé pour étendre des architectures existantes basées sur CAN. Pour les systèmes avec moins d'axes (par exemple, moins de six) et des exigences moins strictes en synchronisation et performance dynamique—comme les robots de bureau et les AGV—CAN est suffisant, économique et reconnu pour sa robustesse dans des environnements difficiles. EtherCAT, d'autre part, est mieux adapté aux systèmes robotiques distribués haute performance ou à grande échelle. Bien que le coût par nœud puisse être plus élevé, les avantages d'EtherCAT en termes de simplification du câblage, d'élimination des répéteurs, de facilité de débogage et de maintenance, et d'amélioration globale des performances entraînent souvent un coût total de possession plus faible à long terme.

Le développement rapide du protocole I3C

I3C est un protocole de communication de capteurs émergent, avec de nombreuses entreprises promouvant activement son utilisation dans les mains robotiques habiles. Il élimine le besoin de PHY externes, simplifiant la conception matérielle. Par exemple :

NXP i.MX RT1180 intègre deux interfaces I3C, permettant des connexions à plusieurs nœuds de servomoteurs et capteurs.

Infineon PSoC Edge supporte I3C.

Renesas RA8 série de MCU haute performance supporte I3C

Microchip PIC18-Q20 série inclut des modules I3C haute vitesse.

STMicroelectronics STM32N6, STM32H5, STM32H7 et STM32U3 supportent tous I3C.

I3C est bien adapté pour le contrôle multi-moteurs dans les mains habiles et l'acquisition de données de capteurs haute densité (comme la peau électronique et les capteurs de couple), particulièrement dans des environnements à espace restreint comme les doigts de robots.

Actuellement, CAN FD reste la solution principale pour les mains habiles. En raison de l'immaturité de l'écosystème, I3C n'a pas encore été largement adopté. Certains ingénieurs pensent également que I3C offre une immunité au bruit plus faible, rendant son déploiement à grande échelle dans les mains habiles difficile.

Néanmoins, la technologie continue d'évoluer. Certains fabricants de puces nationaux intègrent I3C dans leurs feuilles de route R&D et avanceront la production de masse en fonction de la demande du marché, tout en gardant un œil attentif sur les protocoles émergents comme CAN XL. Par conséquent, le paysage des protocoles de communication est susceptible de subir d'autres transformations à l'avenir.