Según las estadísticas publicadas por el EtherCAT Technology Group (ETG) en 2024, EtherCAT ha capturado el 39.2% del mercado global de protocolos de comunicación para robots industriales, con una tasa de crecimiento anual del 12.7%, superando significativamente a otros protocolos competidores. Sus ventajas son especialmente evidentes en escenarios clave de aplicación: desde el control coordinado en tiempo real de múltiples articulaciones en robots humanoides, hasta la fusión de múltiples sensores en conducción autónoma y la colaboración humano-máquina en la Industria 4.0. EtherCAT está redefiniendo cómo los sistemas inteligentes interactúan con el mundo físico.

¿Por qué EtherCAT está ganando cada vez más atención?

EtherCAT es uno de los métodos de comunicación principales para articulaciones de robots, ampliamente utilizado en robots industriales y control de articulaciones de robots humanoides. Fabricantes líderes como KUKA y FANUC adoptan extensamente EtherCAT como su bus de control para soportar tareas complejas como soldadura, manejo de materiales y pulverización.

EtherCAT es especialmente adecuado para aplicaciones con requisitos estrictos de tiempo real. El control de articulaciones de robots generalmente implica tres bucles anidados—corriente, velocidad y posición—que requieren un proceso rápido de adquisición de señales → cálculo → salida.

EtherCAT también soporta una arquitectura de comunicación unificada para todo el cuerpo del robot. En algunos sistemas, se combina con CAN—por ejemplo, EtherCAT para la parte superior y CAN para la parte inferior.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) fue introducido por primera vez en 2003 por Beckhoff Automation (Alemania). En ese momento, el sector industrial necesitaba urgentemente una solución de comunicación rápida, eficiente y de bajo costo. EtherCAT surgió para superar las limitaciones del Ethernet tradicional en automatización industrial y rápidamente ganó atención generalizada. Una de sus características más notables es su velocidad extremadamente alta de transmisión de datos, logrando una precisión de sincronización a nivel de nanosegundos.

EtherCAT utiliza solo tres capas de protocolo—capa física, capa de enlace de datos y capa de aplicación—similar a los buses de campo tradicionales. Sin embargo, en comparación con otros protocolos de Ethernet en tiempo real como PROFINET y EtherNet/IP, la pila de protocolos de EtherCAT es mucho más simplificada. Esto permite un intercambio de datos ultrarrápido en ciclos muy cortos, cumpliendo completamente con los requisitos de control en tiempo real de los robots y permitiendo una rápida respuesta de comandos y un control de movimiento de alta precisión.

Su tecnología de Reloj Distribuido (DC) asegura una sincronización precisa de todos los dispositivos en la red, permitiendo que las articulaciones del robot se muevan en perfecta coordinación y evitando errores de movimiento causados por desviaciones de tiempo.

“Procesamiento sobre la marcha”: La ventaja competitiva central de EtherCAT

On-the-Fly / Processing on the Fly es a menudo considerado como la barrera tecnológica de EtherCAT. Los ingenieros señalan que esta característica es actualmente única de EtherCAT y no depende de comunicación basada en IP. Es el diseño central que permite el rendimiento excepcional de EtherCAT, permitiendo que los dispositivos esclavos lean o escriban datos directamente mientras los marcos pasan—sin almacenar el marco completo—logrando comunicación en tiempo real a nivel de microsegundos.

A diferencia de los protocolos Ethernet tradicionales que dependen de mecanismos de almacenamiento y reenvío, los esclavos de EtherCAT procesan datos directamente durante la transmisión del marco. El retardo de procesamiento por nodo es tan bajo como 1 μs. Las implementaciones técnicas clave incluyen:

Sincronización de reloj distribuido: Usando algoritmos de compensación de desplazamiento maestro-esclavo, la precisión de sincronización en toda la red es mejor que 100 ns, cumpliendo con los estándares mejorados IEEE 1588.

Estructura de marco optimizada: Una cabecera de marco ultracompacta de 8 bytes, logrando una eficiencia de carga útil de datos de hasta el 98% (comparado con ~60% de PROFINET), mejorando significativamente la utilización del ancho de banda.

Desde perspectivas de rendimiento y seguridad, EtherCAT es extremadamente potente. Sin embargo, otra razón importante para su dominio radica en su apertura.

Desde el punto de vista de un ingeniero, EtherCAT puede no ser tan fácil de usar como CAN, pero para aplicaciones intensivas en control de movimiento, EtherCAT ofrece la mejor relación costo-rendimiento.

Hoy en día, los fabricantes de MCU dan gran importancia estratégica a EtherCAT.

Tan temprano como diciembre de 2023, HPMicro anunció la primera serie de MCU de alto rendimiento de China con un Controlador Esclavo EtherCAT (ESC) oficialmente licenciado por Beckhoff—la serie HPM6E00—seguida por la HPM6E8Y enfocada en robots. En el CES 2026, HPMicro introdujo el HPM5E3Y, un MCU de alto rendimiento diseñado específicamente para articulaciones de robots. Integra un controlador esclavo EtherCAT y dos transceptores Ethernet PHY, cuenta con un núcleo RISC-V a 480 MHz, incluye 512 KB de RAM y 1 MB de Flash, y viene en un encapsulado ultracompacto tan pequeño como 9 × 9 mm, ideal para diseños de articulaciones de robots con espacio limitado. Juntos, HPM5E3Y y HPM6E8Y forman la línea de productos de MCU para articulaciones de robots más completa del mundo.

¿Por qué muchos clientes aún eligen CAN?

CAN (y su variante orientada al control de movimiento, CANopen) es otra solución de comunicación principal para robots, particularmente adecuada para aplicaciones con requisitos de tiempo real más bajos, como la parte inferior de robots y accionamientos de robots con ruedas.

A medida que los costos de EtherCAT disminuyen, algunos escenarios de aplicación de CAN han sido comprimidos. Sin embargo, CAN sigue siendo ampliamente utilizado en robots con menos articulaciones y frecuencias de control más bajas, como robots cuadrúpedos y perros robóticos. Además, CAN sigue siendo indispensable en robots humanoides. Por ejemplo, Zhiyuan Lingxi X1 utiliza EtherCAT de 100 Mbps a 1 kHz de comunicación en tiempo real, con gateways de EtherCAT reenviando datos a tres canales CAN FD operando hasta 5 Mbps.

CAN soporta partición de red multi-segmento. En robots humanoides con más de 40 articulaciones, las articulaciones pueden agruparse por extremidades (brazos, piernas) en múltiples segmentos CAN FD, reduciendo retardos y pérdida de paquetes causados por arbitraje de bus.

Originalmente diseñado para electrónica automotriz, CAN enfatiza fiabilidad y resistencia al ruido. Emplea un mecanismo de Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Arbitraje No Destructivo (CSMA/CA), permitiendo que múltiples nodos transmitan cuando el bus está inactivo. En caso de colisión, los mensajes de mayor prioridad (valores de ID más bajos) continúan la transmisión, mientras que los de menor prioridad retroceden automáticamente—asegurando arbitraje sin pérdidas.

Este mecanismo permite toma de decisiones distribuida y alta fiabilidad, haciendo de CAN ideal para transmitir señales de interruptor y datos de sensores. En consecuencia, es ampliamente utilizado en comunicación entre unidades de control electrónico (ECU) automotrices. Sin embargo, cuando se aplica a control de movimiento coordinado multi-eje con requisitos extremadamente altos de tiempo real y periodicidad, las limitaciones inherentes de CAN se vuelven evidentes.

Desde una perspectiva de selección de sistemas, CAN se usa a menudo para extender arquitecturas existentes basadas en CAN. Para sistemas con menos ejes (por ejemplo, menos de seis) y requisitos menos estrictos de sincronización y rendimiento dinámico—como robots de escritorio y AGVs—CAN es suficiente, económico y bien conocido por su robustez en entornos hostiles. EtherCAT, por otro lado, es más adecuado para sistemas robóticos distribuidos de alto rendimiento o a gran escala. Aunque el costo por nodo puede ser mayor, las ventajas de EtherCAT en simplificación de cableado, eliminación de repetidores, facilidad de depuración y mantenimiento, y mejora general del rendimiento a menudo resultan en un menor costo total de propiedad a largo plazo.

El rápido desarrollo del protocolo I3C

I3C es un protocolo de comunicación de sensores emergente, con muchas empresas promoviendo activamente su uso en manos diestras robóticas. Elimina la necesidad de PHYs externos, simplificando el diseño de hardware. Por ejemplo:

NXP i.MX RT1180 integra dos interfaces I3C, permitiendo conexiones a múltiples nodos de servo y sensores.

Infineon PSoC Edge soporta I3C.

Renesas RA8 serie de MCU de alto rendimiento soporta I3C.

Microchip PIC18-Q20 serie incluye módulos I3C de alta velocidad.

STMicroelectronics STM32N6, STM32H5, STM32H7 y STM32U3 soportan I3C.

I3C es muy adecuado para control multi-motor en manos diestras y adquisición de datos de sensores de alta densidad (como piel electrónica y sensores de par), especialmente en entornos con espacio limitado como dedos de robots.

Actualmente, CAN FD sigue siendo la solución principal para manos diestras. Debido a la inmadurez del ecosistema, I3C aún no ha sido ampliamente adoptado. Algunos ingenieros también creen que I3C ofrece menor resistencia al ruido, haciendo difícil su implementación a gran escala en manos diestras.

Sin embargo, la tecnología sigue evolucionando. Algunos fabricantes de chips nacionales están incorporando I3C en sus hojas de ruta de I+D y avanzarán en producción masiva según la demanda del mercado, mientras mantienen un ojo atento en protocolos emergentes como CAN XL. Como resultado, el panorama de protocolos de comunicación probablemente sufrirá más transformaciones en el futuro.