機(jī)器人行業(yè)的下一步：更智能、更安全？

從工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)協(xié)作機(jī)器人、運(yùn)輸機(jī)器人到醫(yī)療機(jī)器人、陪伴服務(wù)機(jī)器人，機(jī)器人的應(yīng)用范圍正在從工業(yè)領(lǐng)域拓展到各個(gè)領(lǐng)域，未來機(jī)器人將深度影響和改善人類的工作、生活體驗(yàn)。

根據(jù)中國電子學(xué)會(huì)發(fā)布的《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2022年）》顯示，預(yù)計(jì)2022年，全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到513億美元，2017至2022年的年均增長率達(dá)到14%。其中，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到195億美元，服務(wù)機(jī)器人達(dá)到217億美元，特種機(jī)器人超過100億美元。預(yù)計(jì)到2024年，全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將有望突破650億美元。

機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展離不開半導(dǎo)體技術(shù)的演進(jìn)和創(chuàng)新，近日在進(jìn)博會(huì)上，德州儀器舉辦了一場(chǎng)以“機(jī)器人”為主題的媒體分享會(huì)，德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英先生向我們?cè)忈屃耸裁词窍乱淮鷻C(jī)器人，半導(dǎo)體在其中扮演的重要角色，以及德州儀器的全鏈條優(yōu)勢(shì)。

圖 | 德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英

什么是下一代機(jī)器人？

近年來，機(jī)器人逐步由“自動(dòng)化”向“智能化”演進(jìn)，早期的機(jī)器人程序都是設(shè)定好的算法，而如今越來越多的機(jī)器人正在通過行業(yè)大數(shù)據(jù)訓(xùn)練，使用黑盒的方式訓(xùn)練出更智能的機(jī)器人，機(jī)器人生態(tài)加速共融共生勢(shì)在必行。

與此同時(shí)，安全也是下一代機(jī)器人要克服的重要挑戰(zhàn)之一。這里的安全包括三個(gè)方面：功能安全、信息安全和人身安全。

除此之外，對(duì)于下一代機(jī)器人來講，它的總體功耗、體積、易用性也需要進(jìn)一步提高。

打造更智能、更安全的機(jī)器人，德州儀器做了些什么？

對(duì)于如何打造下一代機(jī)器人，師英從一家半導(dǎo)體企業(yè)出發(fā)，他認(rèn)為有四大方向是可以去加大投入的。

圖 | 德州儀器正在助力客戶打造更智能、更安全的機(jī)器人

• 精確、高能效的電機(jī)控制

不管是裝配機(jī)器人還是工業(yè)機(jī)器人，都有手臂，需要非常精準(zhǔn)的機(jī)械臂的移動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，德州儀器可以提供C2000實(shí)時(shí)控制單片機(jī)，Sitara MCU實(shí)時(shí)控制單片機(jī)，加上門極驅(qū)動(dòng)器和氮化鎵的功率器件來完成精準(zhǔn)、高效、功率密度持續(xù)提升的電機(jī)的控制方案。

• 智能、低功耗和小尺寸的邊緣AI計(jì)算

如同前面提到的，早期的裝配機(jī)器人還談不上AI和深度學(xué)習(xí)的層次，只是通過輸入固定的程序，讓它去精準(zhǔn)重復(fù)地完成一系列的動(dòng)作，而今天的機(jī)器人會(huì)越來越多地加入人工智能，這些人工智能就需要有一個(gè)強(qiáng)大的處理器，在這個(gè)處理器里需要帶深度學(xué)習(xí)或者AI的功能，來識(shí)別和感知環(huán)境里面對(duì)于環(huán)境的各種參數(shù)，比如障礙物、圖像外形形狀、顏色等信號(hào)的分析和運(yùn)算。

AI最早出現(xiàn)在云計(jì)算，通過把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)送到云端，用服務(wù)器非常巨大的算力來完成人工智能的運(yùn)算。但是在工業(yè)領(lǐng)域里面，當(dāng)我們把這個(gè)數(shù)據(jù)采集好送到云端，運(yùn)算完成之后再送回現(xiàn)場(chǎng)，這里的延遲是不符合大部分的工業(yè)應(yīng)用需求的。于是，人們嘗試把人工智能的運(yùn)算放到設(shè)備的本地，同時(shí)降低每瓦的功耗，邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。

既然提到了AI計(jì)算，就不得不提一下其算力水平。以進(jìn)博會(huì)上德州儀器展臺(tái)聯(lián)合達(dá)明展出的TM5S負(fù)載機(jī)器人為例，其核心處理器是TDA4處理器，這顆處理器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)和汽車的各種需要人工智能、需要深度學(xué)習(xí)運(yùn)算能力的應(yīng)用場(chǎng)景里，它是一個(gè)多達(dá)8核的Cortex-A72多核異構(gòu)的處理器，除了多達(dá)8核Cortex-A72之外，它還有4個(gè)R5F內(nèi)核，而且這些MCU的核是符合功能安全最高等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)。

同時(shí)，TDA4處理器單片可以集成的AI算力深度學(xué)習(xí)的能力，從8Tops到16Tops、32Tops，有各種不同AI算力的組合。

• 精確、靈敏和高能效的感應(yīng)功能

傳感器是連接物理世界和數(shù)字世界的最前端，機(jī)器人需要采集信號(hào)并處理，來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知。目前，在機(jī)器人領(lǐng)域常用的傳感器包括視覺傳感器、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器、溫度傳感器、電流傳感器等。

以達(dá)明TM5S負(fù)載機(jī)器人為例，其采用了德州儀器的IWR6843毫米波雷達(dá)傳感器。這顆毫米波雷達(dá)傳感器工作在60GHz到64GHz，是一顆單芯片的智能毫米波傳感器，它采用多天線的組織結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)四發(fā)三收，乃至于到毫米波信號(hào)回波進(jìn)去之后的數(shù)字處理濾波，以及點(diǎn)云的計(jì)算都是用這一顆IWR6843這一顆芯片完成。

此外，IWR6843獲得了IEC 61508 SIL-2認(rèn)證，滿足工業(yè)領(lǐng)域里面最通用的國際電工協(xié)會(huì)所規(guī)定的工業(yè)功能安全的安全標(biāo)準(zhǔn)。

• 高度完整、精確和安全的通信

在一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)里面，不僅機(jī)器人的各個(gè)子系統(tǒng)或者各個(gè)部件之間需要高速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的通信，機(jī)器人作為一個(gè)設(shè)備也需要和其他的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)起來，一定程度上可能還需要和云端也連起來。所以，精準(zhǔn)、高度完整性和安全的通信也是在機(jī)器人系統(tǒng)里持續(xù)遇到的挑戰(zhàn)之一。同時(shí)，功能安全和信息安全對(duì)于通信部分來講，也是至關(guān)重要的。

以達(dá)明TM5S負(fù)載機(jī)器人為例，其搭載的TDA4處理器擁有8個(gè)符合TSN標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太網(wǎng)端口，以及4個(gè)PCle以太網(wǎng)交換機(jī)，可以助力其實(shí)現(xiàn)更為高速、精準(zhǔn)、安全的通信。

寫在最后

德州儀器相信機(jī)器人未來會(huì)變得更聰明、更智慧、更精準(zhǔn)、更安全，也將繼續(xù)致力于通過電機(jī)控制、計(jì)算、感知、通信功能打造新一代機(jī)器人。