机器人迈向智能化发展阶段，德州仪器如何应对？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）当前，在智能制造、工业4.0、柔性生产等理念的推动下，机器人产业正在全面进入高速发展阶段。就以工业机械臂来说，根据168report调查公司发布的机械臂市场分析报告，随着自动化技术的快速发展，全球机械臂市场规模从2020年的约141亿美元增长到2025年的约223亿美元，年复合增长率(CAGR)约为7.5%。

在仓储物流方面，贝哲斯市场调研数据显示，预计全球自主移动机器人 (AMR)市场规模至2028年将会达到730.44亿元，2022年-2028年的年复合增长率高达33.11%。此外，人形机器人、特殊作业机器人等几乎都在高速成长。
 
6月14日-16日，德州仪器 (TI) 在2023 年上海国际嵌入式展 (embedded world China)展示了一款使用多颗德州仪器元器件的机械臂方案，引起了参会者的广泛关注。针对机器人相关话题，电子发烧友网记者采访了德州仪器 (TI) 工业系统部门电机驱动及机器人总经理赵向源。
 

机器人智能化发展趋势和挑战

赵向源表示，智能化是一个大家都能看得到的机器人产业的发展趋势。以前的机器人，特别是工业机器人没办法和操作人员形成互动，只能依照指令做非常简单的动作。现在，更多工业机器人转变成为协作机器人，机械臂也开始更多应用于协作机器人上。
 
顾名思义，协作机器人就是能够和人在具体的生产任务中协同作战的机器人，其主要的目的是将机器人的效率和人类智慧高度融合。发展至今，协作机器人已经表现出一些明显的性能优势，包括：
·人机协作，可支持复杂的生产任务；
·生产安全性提高；
·编程简单，可灵活调整任务指令，适合柔性生产；
·具有感知能力，进一步提升了机器人的环境适应能力。
 
赵向源指出，智能化发展让应用于机器人的元器件需要应对全新的需求和挑战。比如，“机器人要感知外部环境，就需要不同类型的传感器，其中毫米波雷达传感器可以感知物体的距离、运动信息，摄像头可以帮助打造机器视觉，此外还有基于激光雷达构建的感知系统。”
 
“核心挑战在于，处理器或者MCU如何融合多感知系统，如何让摄像头、激光雷达和毫米波雷达的感知能力在机器人智能化系统中有更好的性能体现。通过这样的融合感知系统，帮助机器人能够更多维度、更高精度地感知世界。”赵向源谈到，“更复杂的任务也考验机器人的运动能力，尤其是人机协作的过程中，对于机器人的实时控制要求非常高。比如，工作任务中突然有人的介入需要能够立刻停止。”
 

德州仪器的机器人解决方案

下图便是上述提到的，德州仪器在2023 年上海国际嵌入式展所展示的机械臂方案。在这款机械臂中，应用了多颗德州仪器的处理器、MCU、马达驱动和毫米波雷达等相关器件，实现了一种智能、安全的机器人方案。

 
从德州仪器官方网站获悉，该公司在工业自动化和控制领域有两大特色应用，一个是“工业与协作机器人”，另一个是“工业移动机器人 (AGV/AMR)”。在每一个特色应用下面，都会提供来自德州仪器的丰富的解决方案。比如，在“工业与协作机器人”应用中，该公司提供机器人CPU和计算板、机器人I/O模块、机器人通信模块、机器人传感器模块、机器人伺服驱动器、机器人示教盒 (HMI)六大方案，每一个方案内会有具体的元器件和相应的配套资源。
 

德州仪器机器人CPU和计算板方案框图

 
赵向源介绍称：“机器人由不同的模块构成，比如感知模块就像人的五官一样，也会有大脑。德州仪器Jacinto系列产品便能够帮助构建机器人的‘大脑’。Jacinto系列是一个在工业领域较为成熟的产品，属于高性能处理器，还具有深度学习AI的能力，非常适合应用于构建边缘智能的终端方案。”
 
“运动控制是另一个较为重要的模块，现在的机器人已经逐渐发展成为六轴、七轴，需要精确的马达控制。德州仪器C2000系列MCU以及基于Arm架构的 Sitara处理器都能够很好地完成马达控制的任务。”赵向源讲到，“马达控制讲究精确和实时，这是德州仪器C2000系列MCU等相关器件的优势所在。就以C2000系列来说，这些器件在工业领域做电流环控制和电机控制已经有二三十年的历史，不光有内核，还有精确的模拟外设、ADC或者PWM等，这些都可以提供高精度采样，进而实现精准化、实时化的马达控制。”
 
根据他的介绍，目前德州仪器在机器人领域的方案已经涵盖了模拟、电机控制、EP、CPU控制、感应器、工业安全、工业通信等丰富方案。该公司能够和机器人全产业链公司进行合作，比如为机器人OEM厂商提供模块，加速他们的开发效率，也支持OEM公司在这些模块的基础上二次开发；为机器人模块厂商提供产品，帮助他们打造差异化竞争优势；联合第三方为机器人集成商提供整体方案，这些方案由第三方完成系统认证和工业安全认证，加速集成商产品上市；此外，在德州仪器官网上还提供面向不同阶层用户的产品、系统、参考设计、软件、硬件、网上设计资源、培训等。
 

小结

智能化发展让机器人逐渐走出传统的规模化产线，能够支持更加丰富、多元、柔性的生产任务。当然，要打造具备应对复杂环境和复杂任务的智能机器人，离不开核心元器件的帮助，在德州仪器这里，开发人员能够得到全方位的器件和方案支持。