打造新一代機器人，TI賦予機器更好的“感知”和“體驗”能力

20世界60年代，葉永烈創(chuàng)作了一部科幻小說《小靈通漫游未來》。在這本書中，作者通過主人公小靈通的視角描繪了一個高科技的未來世界。其中包括對智能手機、信息技術(shù)、器官移植等未來技術(shù)的預(yù)言。

時隔多年，書中的高科技一一成真。某些未完全實現(xiàn)的場景，也在發(fā)展中不斷貼近葉老先生的預(yù)測。

就像書中對于機器人的描繪，未來的機器人可以承擔人類的工作，包括洗衣做飯下棋沖咖啡等等瑣碎雜事，部分已經(jīng)應(yīng)驗。通過“機器臂”這種形態(tài)的機器人，進行咖啡沖泡已經(jīng)頗為常見；而在工業(yè)場景中，機械臂、AGV等協(xié)作機器人更是成為了我們必不可少的生產(chǎn)伙伴。假以時日，人型機器人走入日常生活場景也會成為現(xiàn)實。

《小靈通漫游未來》中的“鐵蛋”機器人

那么對于機器人而言，要融入我們的生活，發(fā)揮更大的潛能，要具備更好的“感知”世界、“體驗”世界的能力。這其中包括了感知、深度學習、精密執(zhí)行等，作為機器人系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的技術(shù)探索和研究。

汽車和機器人是在第六屆進博會上，TI展示兩個主要應(yīng)用主題。而且在展位上，TI也專門召開了機器人主題的媒體分享會，德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英和記者分享了TI在機器人領(lǐng)域的技術(shù)布局和未來發(fā)展趨勢。

德州儀器中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英

打造更智能安全的機器人，需要這四大技術(shù)加持

“在說到機器人的時候，每個應(yīng)用場景中機器人的形態(tài)，從器械和結(jié)構(gòu)層面看都是不同的。”師英分享到，“但從電子系統(tǒng)設(shè)計或?qū)Π雽w的要求來看，無外乎是四個方面：精確和靈敏的感知、強大高效的計算能力、精準的運動控制和實時安全的通信?！?

機械人一定要有手臂，而且多軸機械臂其實就是機器人形態(tài)的一種。而對于手臂和小車的執(zhí)行而言，離不開電機控制技術(shù)。不論是何種場景，都需要對于運動控制實現(xiàn)更加精確高效，實現(xiàn)更高功率密度。在這方面，TI提供了C2000TM實時控制單片機和SitaraTM MCU實時控制單片機，再加上門極驅(qū)動器和氮化鎵的功率器件，就構(gòu)成了一個精準、高效、且功率密度持續(xù)提升的完整的電機控制系統(tǒng)解決方案。

從計算的角度來看，早起的裝配機器人還談不上AI和深度學習，這只是通過預(yù)設(shè)固定的程序來執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)動作。而今隨著AI的發(fā)展，在機器上的落地出不普及。而AI運算就需要一個強大的處理器，尤其是對于工業(yè)場景的協(xié)作機器人而言，如果全部依賴云端進行計算和返回決策，則會產(chǎn)生更長的時延，這不利于高效生產(chǎn)。而在端側(cè)如果完成了邊緣計算的部署，則可以大大提高機器人的工作效率，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?。TI的TDA4X系列處理器提供了從1個tops、2個tops，一直到單片32tops的邊緣計算能力，能夠讓機械臂在本地端實現(xiàn)對于環(huán)境感知監(jiān)測、物體的識別和行為判斷等一系列智能的功能。

而計算的數(shù)據(jù)來自傳感器，只有采集到準確可靠的環(huán)境數(shù)據(jù)，才能讓后續(xù)的計算更有意義。對于機器人而言，當前的感知技術(shù)包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、ToF等。此外像麥克風、IMU等也都是必須的傳感器類型。在這一方面，德州儀器可以提供非常成熟和性價比非常優(yōu)異的毫米波雷達傳感器。其他的傳感器包括超聲波、溫度、電流等各種各樣物理量的傳感器，TI也均有產(chǎn)品覆蓋。

像60GHz和77GHz頻段的毫米波雷達，已經(jīng)可以感知到非常細微的、甚至是人體呼吸的身體變化，這已經(jīng)廣泛應(yīng)用于老人看護、車內(nèi)DMS等應(yīng)用，TI在這方面已經(jīng)提供了全套的解決方案。

最后要談到通信層面，機器人中各個子系統(tǒng)或者各個部件之間需要高速、準確、實時的通信；機器人可能需要和其他設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)通信；一定程度上可能還需要和云端進行連接；所以精準、高度完整性和安全的通信也是在機器人系統(tǒng)里持續(xù)遇到的挑戰(zhàn)之一。師英表示，“信號完整性”、“實時性”和“安全性”是機器人通信技術(shù)的重點。信號完整性指的是在通信的發(fā)送端和接受端，信息是完全一致的，不能有任何損失。實時性包括了信號從感知、云端到執(zhí)行的全流程，關(guān)乎控制環(huán)路的延遲高低。而安全則是避不開的課題，包含功能安全和信息安全兩個角度，既要信息傳輸過程中自己不出錯，也要避免被黑客攻擊竊取到數(shù)據(jù)。

“總結(jié)來說，在面臨各種機器人系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)的過程中，精準的電機控制、強大的而且高能量效率的AI運算功能、邊緣計算功能和精密準確的傳感，以及高效、實時、安全的通信，是TI作為半導體公司能夠為行業(yè)和客戶所持續(xù)提供的創(chuàng)新和提升?！睅熡⒖偨Y(jié)到。

從機械臂到人形機器人，技術(shù)的核心需求不變

在此次TI進博會展臺的中心，有一個來自達明機器人（Techman）的機械臂形態(tài)機器人——TM5S，就是采用了TI的感知和計算解決方案。

據(jù)悉，TM5裝載了TI的IWR6843的毫米波的雷達傳感器，這一一款工作在60GHz～64GHz的單芯片智能毫米波傳感器?！皢涡酒鉀Q方案”是該傳感器的一大亮點，該傳感器內(nèi)部同時集成了收發(fā)功能，具備四路發(fā)送和三路接收通道，提供了完整的多天線組織結(jié)構(gòu)設(shè)計；此外包括返回毫米波信號之后的數(shù)字濾波電路、點云計算等也都在這一芯片中即可實現(xiàn)。此外，該芯片還獲得了國際電工協(xié)會的工業(yè)功能安全的安全標準“IEC 61508 SIL-2認證”。

在計算核心處理器的選擇上，達明TM5S采用了TI的TDA4X系列處理器，這顆處理器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在各種需要人工智能、深度學習運算能力的工業(yè)和汽車應(yīng)用場景中。據(jù)悉，TDA4X內(nèi)部集成了8個Cortex-A72處理器和4個Cortex-R5F內(nèi)核，而且所有的MCU核都是符合功能安全最高等級標準的子系統(tǒng)。AI算力方面，TDA4X處理器單片就可以實現(xiàn)AI算力和深度學習能力，根據(jù)不同產(chǎn)品型號的不同CPU核心數(shù)，提供了從8tops、16tops、32tops各種不同AI算力選擇。同時TDA4X有8個端口符合TSN標準的千兆以太網(wǎng)交換機和4個PCle交換機。

IWR6843+TDA4X，結(jié)合使用 C2000 和 DRV835xF，構(gòu)成了達明機器人TM5S的完整方案，實現(xiàn)了傳感、分析與運算、高速精準實時通信、及高性能控制等機器人所必備的關(guān)鍵要素。

手臂和AGV雖然是現(xiàn)在最為常見的機器人形態(tài)，但人形機器人無疑是未來的發(fā)展方向。而談到未來的人形機器人的發(fā)展，師英認為底層的技術(shù)核心訴求不變，還是精準的電機控制、高效準確感知能力、高性能計算和安全高速的通信?！叭诵螜C器人一定有更多的設(shè)計挑戰(zhàn)，包括更細膩的感知和一些更精準、更精密的運動控制等等?！睅熡⒎窒淼剑袄缭谶\動控制上，人形機器人所需要去控制的可能不僅僅是五個、六個的軸向，而是有非常多的軸向，這取決于我們要把這個機器人做到什么樣的水平?！?

當我們從宏觀的角度來審度機器人的發(fā)展，其實已經(jīng)機器人已經(jīng)從工業(yè)場景開始逐步滲透到了我們生活中。雖然不是那么完美，但在某些特定的垂直應(yīng)用上，開始發(fā)揮了巨大的潛能。例如物流倉儲機器人、手術(shù)輔助機器人、護理機器人、送餐機器人、家庭掃地機器人等等。機器人正在改善醫(yī)療設(shè)備和患者護理，提升服務(wù)業(yè)的體驗并且為我們簡化家務(wù)瑣事。

“我相信機器人未來會變得更聰明、更智慧、更精準、更安全。TI也致力于通過電機控制、計算、感知、通信功能打造新一代機器人。”師英說到。