TI模拟和嵌入式技术如何助力机器人创新

2023-09-09 10:16:08 来源：OFweek工控网小 中

为了进一步推进我国制造企业数字化变革进程，促进数字经济与实体经济融合，助力智能制造产业升级落地，由高科技门户OFweek维科网主办，OFweek维科网·工控、OFweek维科网·机器人承办的“OFweek 2023(第四届)中国智能制造数字化转型大会暨数字化工业展览会”于8月28-30日在深圳福田会展中心成功举办。

8月28日下午场的主题为“机器人集成与创新技术应用”，德州仪器工业系统部门电机驱动及机器人总经理赵向源深度解读了“TI模拟和嵌入式技术助力机器人创新”。

德州仪器工业系统部门电机驱动及机器人总经理赵向源

(相关资料图)

目前，机器人已经融入到人们生活的方方面面，例如酒店、餐饮、娱乐、医疗、工业等领域。赵向源表示，虽然机器人越来越智能，应用场景也越来越多，但依然存在不少技术上的问题，最为突出的是机器人开发、运用和维护等成本比较高，高昂的成本直接影响了机器人的普及和应用。

赵向源先生从感知、控制、人工智能、安全以及成本效益方面为我们分享了机器人的创新技术。

丰富的机器人环境感知技术，覆盖多种应用场景

为了应对复杂多变的应用场景，机器人需要实现信息感知、信息处理、信息执行三个功能于一体。这对机器人系统提出了更高的要求，不仅仅是高性能、低功耗，同时需要机器人能够集成丰富的传感器接口，同时需要集成图像视觉压缩器、工业网络通信等来满足不同场景的要求。

作为机器人的核心技术，机器视觉更多的会受限于环境。对于分辨率和清晰度不高的恶劣复杂环境，机器视觉无法识别，比如在雨雾天气，机器视觉很难捕捉到有用的信息。目前在工业、安防、消费电子、交通等领域已经开始应用视觉感知技术，很多摄像头都带有AI的图像识别能力，但运用效果不是很好。基于这种视觉处理问题，TI推出了66GHz和77GHz的雷达传感器，可以在黑暗或者低分辨率场景下很好的捕捉到物体的距离、速度和角度。

赵向源在演讲中指出，机器人的环境感知技术要实现质的飞跃，不仅仅是机器视觉，还需要将听觉、触觉等各种方式的感知技术融合在一起。听觉感知主要应用在语音识别、语音交互，而触觉感知是机器人抓握抬举等功能的保障。如何把多个感知系统融合到一起，实现多模式识别的功能，这是机器人感知系统能够提升一个台阶的关键。

以工业机器人为例，传统工业机器人进行抓取时，是通过视觉感知，读取到被抓取图像的形态，进行抓取算法的确定，再进行抓取。赵向源表示，在有些场景下，仅仅依靠机器视觉是不够的，在一些更高级的应用里，需要通过被抓取物体的材质、软硬度来确定抓取力度，这种场景必须用到触觉传感器。除此之外，听觉甚至神经元结合的传感器形态，也能更好的提升机器人的感知能力。

机器人的应用注重三个特点：实时控制、实时通信、功能安全

赵向源表示，机器人的应用注重三个特点：实时控制、实时通信、功能安全。针对这三个特点，TI都有相应的不同产品，能够给用户提供比较好的选择。

1.实时控制

机器人控制系统对实时响应要求非常高，从信息入口到计算再到执行，整个过程需要具备低延时、低抖动、高可靠性的条件。

系统控制器是整个机器人的大脑，赵向源表示。TI提供的中央处理器，可以支持异构多核模式。例如，TI经典的C2000? MCU，可以提供高性能、高精度、低延时的实时控制，为了针对实时控制MCU领域的多样化选择，TI还推出了一条Sitara? MCU：AM2x系列产品线，可以更好的满足实时响应控制的需求。

2.实时通信

实时通信是机器人非常重要的通信要求，比如现在比较流行的TSN时间敏感网络、工业实时以太网通信。

赵向源表示，TI的处理器和MCU都可以支持这些通信方式。值得一提的是，TI的工业实时以太网模块可以通过单个硬件以及其他不同部件来实现不同协议的支持，很大程度上节省硬件设计的成本。在软件上，TI可以支持深度学习库，针对深度学习库，TI处理器基于相应的加速器做了优化，在使用方面，和典型的TensorFlow库调用的API完全一致。

3.功能安全

在功能安全方面，TI有单颗功能安全的MCU，可以支持多核功能，也可以在复杂的NPU里集成公共安全，来实现整颗NPU系统级功能安全设计。

赵向源表示，TI非常注重工业市场上的功能安全特性，专门推出了针对功能安全的MCU，MCU里配置一个主控内核，一个影子内核，通过这两个内核的协助、操作，可以极大的提升整个机器人系统的功能安全。

成本效益凸显，机器人的小型化和集成化成为未来发展方向

机器人系统造价高昂，维护成本和开发成本都比较高，所以机器人的小型化和集成化将是以后的发展方向。赵向源表示，在这方面，TI能够通过技术优化，减少成本支出。

TI提供的机器人系统中央处理器，可以支持异构多核的模式。在一颗处理器里，既有A核，上面可以借助一些形态运行高级应用，可以做系统管理，管理整体的通信、任务调度等等；同时还有R核，可以通过R核驱动需要实时控制要求比较高的场景，在一系列处理器上，也会集成通信等模块，可以更好的进行工业实施的拓展。在TI的工业处理器里还有功能安全MCU，单颗MCU可以通过安全认证，TI也可以协助客户完成从芯片到系统级的功能安全等级认证。基于这种种技术，TI可以把小型化的集成度最大程度上体现在一颗芯片里实现。

模拟和嵌入式技术能够助力机器人实现实时控制、实时通信、功能安全等创新应用，而且能够在一定程度上降低机器人使用成本。在机器人的系统设计上，TI有着非常丰富的技术储备。值得一提的是，TI提供专门的机器人学习手册，该手册详细介绍了模拟、MCU、处理器、通信等方面的技术知识，并且提供中文版。想要获得上述资料，请登录TI官网进行下载。

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