TI模擬和嵌入式技術如何助力機器人創新
時間：2023-09-09 15:22:31
為了進一步推進我國制造企業數字化變革進程，促進數字經濟與實體經濟融合，助力智能制造產業升級落地，由高科技門戶OFweek維科網主辦，OFweek維科網·工控、OFweek維科網·機器人承辦的“OFweek 2023(第四屆)中國智能制造數字化轉型大會暨數字化工業展覽會”于8月28-30日在深圳福田會展中心成功舉辦。
8月28日下午場的主題為“機器人集成與創新技術應用”，德州儀器工業系統部門電機驅動及機器人總經理趙向源深度解讀了“TI模擬和嵌入式技術助力機器人創新”。
德州儀器工業系統部門電機驅動及機器人總經理趙向源
(資料圖片)
目前，機器人已經融入到人們生活的方方面面，例如酒店、餐飲、娛樂、醫療、工業等領域。趙向源表示，雖然機器人越來越智能，應用場景也越來越多，但依然存在不少技術上的問題，最為突出的是機器人開發、運用和維護等成本比較高，高昂的成本直接影響了機器人的普及和應用。
趙向源先生從感知、控制、人工智能、安全以及成本效益方面為我們分享了機器人的創新技術。
豐富的機器人環境感知技術，覆蓋多種應用場景
為了應對復雜多變的應用場景，機器人需要實現信息感知、信息處理、信息執行三個功能于一體。這對機器人系統提出了更高的要求，不僅僅是高性能、低功耗，同時需要機器人能夠集成豐富的傳感器接口，同時需要集成圖像視覺壓縮器、工業網絡通信等來滿足不同場景的要求。
作為機器人的核心技術，機器視覺更多的會受限于環境。對于分辨率和清晰度不高的惡劣復雜環境，機器視覺無法識別，比如在雨霧天氣，機器視覺很難捕捉到有用的信息。目前在工業、安防、消費電子、交通等領域已經開始應用視覺感知技術，很多攝像頭都帶有AI的圖像識別能力，但運用效果不是很好。基于這種視覺處理問題，TI推出了66GHz和77GHz的雷達傳感器，可以在黑暗或者低分辨率場景下很好的捕捉到物體的距離、速度和角度。
趙向源在演講中指出，機器人的環境感知技術要實現質的飛躍，不僅僅是機器視覺，還需要將聽覺、觸覺等各種方式的感知技術融合在一起。聽覺感知主要應用在語音識別、語音交互，而觸覺感知是機器人抓握抬舉等功能的保障。如何把多個感知系統融合到一起，實現多模式識別的功能，這是機器人感知系統能夠提升一個臺階的關鍵。
以工業機器人為例，傳統工業機器人進行抓取時，是通過視覺感知，讀取到被抓取圖像的形態，進行抓取算法的確定，再進行抓取。趙向源表示，在有些場景下，僅僅依靠機器視覺是不夠的，在一些更高級的應用里，需要通過被抓取物體的材質、軟硬度來確定抓取力度，這種場景必須用到觸覺傳感器。除此之外，聽覺甚至神經元結合的傳感器形態，也能更好的提升機器人的感知能力。
機器人的應用注重三個特點：實時控制、實時通信、功能安全
趙向源表示，機器人的應用注重三個特點：實時控制、實時通信、功能安全。針對這三個特點，TI都有相應的不同產品，能夠給用戶提供比較好的選擇。
1.實時控制
機器人控制系統對實時響應要求非常高，從信息入口到計算再到執行，整個過程需要具備低延時、低抖動、高可靠性的條件。
系統控制器是整個機器人的大腦，趙向源表示。TI提供的中央處理器，可以支持異構多核模式。例如，TI經典的C2000? MCU，可以提供高性能、高精度、低延時的實時控制，為了針對實時控制MCU領域的多樣化選擇，TI還推出了一條Sitara? MCU：AM2x系列產品線，可以更好的滿足實時響應控制的需求。
2.實時通信
實時通信是機器人非常重要的通信要求，比如現在比較流行的TSN時間敏感網絡、工業實時以太網通信。
趙向源表示，TI的處理器和MCU都可以支持這些通信方式。值得一提的是，TI的工業實時以太網模塊可以通過單個硬件以及其他不同部件來實現不同協議的支持，很大程度上節省硬件設計的成本。在軟件上，TI可以支持深度學習庫，針對深度學習庫，TI處理器基于相應的加速器做了優化，在使用方面，和典型的TensorFlow庫調用的API完全一致。
3.功能安全
在功能安全方面，TI有單顆功能安全的MCU，可以支持多核功能，也可以在復雜的NPU里集成公共安全，來實現整顆NPU系統級功能安全設計。
趙向源表示，TI非常注重工業市場上的功能安全特性，專門推出了針對功能安全的MCU，MCU里配置一個主控內核，一個影子內核，通過這兩個內核的協助、操作，可以極大的提升整個機器人系統的功能安全。
成本效益凸顯，機器人的小型化和集成化成為未來發展方向
機器人系統造價高昂，維護成本和開發成本都比較高，所以機器人的小型化和集成化將是以后的發展方向。趙向源表示，在這方面，TI能夠通過技術優化，減少成本支出。
TI提供的機器人系統中央處理器，可以支持異構多核的模式。在一顆處理器里，既有A核，上面可以借助一些形態運行高級應用，可以做系統管理，管理整體的通信、任務調度等等；同時還有R核，可以通過R核驅動需要實時控制要求比較高的場景，在一系列處理器上，也會集成通信等模塊，可以更好的進行工業實施的拓展。在TI的工業處理器里還有功能安全MCU，單顆MCU可以通過安全認證，TI也可以協助客戶完成從芯片到系統級的功能安全等級認證。基于這種種技術，TI可以把小型化的集成度最大程度上體現在一顆芯片里實現。
模擬和嵌入式技術能夠助力機器人實現實時控制、實時通信、功能安全等創新應用，而且能夠在一定程度上降低機器人使用成本。在機器人的系統設計上，TI有著非常豐富的技術儲備。值得一提的是，TI提供專門的機器人學習手冊，該手冊詳細介紹了模擬、MCU、處理器、通信等方面的技術知識，并且提供中文版。想要獲得上述資料，請登錄TI官網進行下載。
