人工智能單芯片運(yùn)動(dòng)控制器怎么樣

高性能工業(yè)機(jī)器人作為核心裝備，一直被國(guó)外品牌壟斷，而運(yùn)動(dòng)控制器的自主可控一直是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人領(lǐng)域的一大痛點(diǎn)。

日前，由實(shí)時(shí)俠智能控制技術(shù)有限公司（下稱“實(shí)時(shí)俠”）研制的全球首款單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動(dòng)控制器（簡(jiǎn)稱SCIMC）完成了技術(shù)驗(yàn)證，即將在8月底舉行的上海世界人工智能大會(huì)（WAIC）上亮相發(fā)布。

這款產(chǎn)品將擺脫對(duì)英特爾X86處理器、微軟Windows操作系統(tǒng)的依賴，以完全獨(dú)立開發(fā)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、電機(jī)控制、通信、應(yīng)用軟件等IP模塊，真正實(shí)現(xiàn)自主可控技術(shù)，打破國(guó)外品牌長(zhǎng)期占據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器高端市場(chǎng)的格局。

凱文·凱利在《失控》一書中寫道：“布魯克斯總結(jié)了設(shè)計(jì)移動(dòng)式機(jī)器人的五條經(jīng)驗(yàn)，其中就包括傳感器和執(zhí)行器的緊密耦合——要低級(jí)反射，不要高級(jí)思考?！?強(qiáng)調(diào)了感覺與控制的緊密耦合。

作為工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中的核心技術(shù)之一，運(yùn)動(dòng)控制器在機(jī)器人的執(zhí)行過程中起到控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵作用，被稱為制造裝備的“心臟”和“大腦”，是“智能制造”的基礎(chǔ)，也是連接“智能”與“制造”的橋梁。

作為我國(guó)亟待攻克的35項(xiàng)核心技術(shù)之一，工信部將控制器列為我國(guó)需要著力補(bǔ)齊的關(guān)鍵技術(shù)短板之一，納入《工業(yè)強(qiáng)基工程實(shí)施指南（2016-2020）》“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃。

機(jī)械工程專家譚健榮院士也表示：“機(jī)器人引領(lǐng)智能制造，核心控制器是機(jī)器人的核心技術(shù)之一，是中國(guó)最需要突破的領(lǐng)域?！?/p>

不過目前運(yùn)動(dòng)控制器領(lǐng)域仍由來自德國(guó)、日本的巨頭占據(jù)主要市場(chǎng)，其中包括德國(guó)倍福、西門子、庫(kù)卡，日本的三菱、發(fā)那科等，國(guó)產(chǎn)技術(shù)與國(guó)外高端產(chǎn)品差距仍然很大，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性不佳，準(zhǔn)確度不高，故障率居高不下。

在這樣的背景下，今年上海提出的《上海市智能制造三年行動(dòng)計(jì)劃》中，明確提到聚焦智能制造應(yīng)用端，推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)的智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型；著力攻克一批“卡脖子”的核心零部件和關(guān)鍵技術(shù)裝備，并著力培育一批智能制造獨(dú)角獸、隱形冠軍企業(yè)；創(chuàng)新推動(dòng)5G、人工智能和大數(shù)據(jù)在智能制造中的深度應(yīng)用，創(chuàng)新長(zhǎng)三角智能制造協(xié)同發(fā)展機(jī)制，創(chuàng)新智能制造應(yīng)用機(jī)制、政策的支持重點(diǎn)和支持方式。

實(shí)時(shí)俠就是一家誕生在上海漕河涇華鑫天地智慧園區(qū)的上海本土創(chuàng)業(yè)公司。公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)蔣耀對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“運(yùn)動(dòng)控制器是基礎(chǔ)性、共性技術(shù)，對(duì)智能制造，國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、產(chǎn)業(yè)安全有不可替代的作用，這與舉國(guó)關(guān)注芯片自主可控是一樣的。中國(guó)在裝備工業(yè)對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的依賴同樣非常嚴(yán)重，容易被‘卡住脖子’。”

隨著技術(shù)的進(jìn)步和完善，實(shí)時(shí)俠敏銳地洞察到了芯片技術(shù)的進(jìn)步以及可能對(duì)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域產(chǎn)生的顛覆性影響，開始嘗試?yán)肧OC-FPGA芯片進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與多軸電機(jī)控制的單芯片集中控制，這能夠使運(yùn)行復(fù)雜算法的控制器的成本大幅降低。而這些算法對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和需要以精確的方式移動(dòng)的電機(jī)控制信號(hào)是很有必要的。

蔣耀向第一財(cái)經(jīng)記者介紹道，過去借助于工業(yè)總線，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和電機(jī)控制之間的交互信息變得越來越多，可以支持更加復(fù)雜的算法，這使得機(jī)器人的速度、精度和穩(wěn)定性有了很大的提升。但是工業(yè)總線的瓶頸也逐漸明顯，比如帶寬、絕對(duì)延遲以及多節(jié)點(diǎn)之間的同步性等。這些瓶頸制約了機(jī)器人性能的進(jìn)一步提升，也抑制了業(yè)界對(duì)于需要更加大量數(shù)據(jù)交互才能完成的控制策略的想象空間。

如何擺脫對(duì)工業(yè)總線的束縛，同時(shí)不再依賴于英特爾X86控制器和微軟的Windows操作系統(tǒng)？早在2015年蔣耀就開始思考這個(gè)問題，并著手組建團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)技術(shù)可控的運(yùn)動(dòng)控制器。

歷時(shí)四年研發(fā)，投入上億資金，實(shí)時(shí)俠團(tuán)隊(duì)通過不斷的技術(shù)驗(yàn)證打造出這款全球首款單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動(dòng)控制器，并開發(fā)了一款桌面型的六軸工業(yè)機(jī)器人Ritimeman P7A對(duì)其進(jìn)行性能的測(cè)試，對(duì)標(biāo)德國(guó)庫(kù)卡KR6機(jī)器人。根據(jù)今年7月國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)布的性能檢測(cè)報(bào)告，P7A的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)全面趕超了庫(kù)卡KR6。

與達(dá)到同等性能的工業(yè)機(jī)器人相比，實(shí)時(shí)俠的運(yùn)動(dòng)控制器具有體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)，并能夠廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)、無人機(jī)、多軸加工中心、外骨骼動(dòng)力裝甲和柔性手抓等領(lǐng)域。

在國(guó)際上，運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)開始拓寬邊界。

早在2016年，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院組織的一個(gè)比賽中，冰島主動(dòng)修復(fù)技術(shù)制造商ssur開發(fā)的第一個(gè)用于批量生產(chǎn)的、具有電動(dòng)膝蓋和踝關(guān)節(jié)的假肢正式亮相，該先進(jìn)假肢為嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器如何加速創(chuàng)新機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)提供了一個(gè)真實(shí)案例。未來，運(yùn)動(dòng)控制器在包括消費(fèi)、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療、辦公等更加廣泛的領(lǐng)域?qū)㈤_拓應(yīng)用市場(chǎng)。

不過需要指出的是，盡管運(yùn)動(dòng)控制器需求增長(zhǎng)迅速，但即便到明年，整體市場(chǎng)規(guī)模仍不到10億元。相比之下，中國(guó)的自動(dòng)化及工業(yè)控制市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)接近2000億。根據(jù)工信部的規(guī)劃，到2020年，將我國(guó)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)培育成為具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，建立完善的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系產(chǎn)業(yè)銷售將超過3萬億元。

不過國(guó)內(nèi)的工業(yè)控制市場(chǎng)中，國(guó)外品牌企業(yè)仍占據(jù)高端市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)定位于中低端市場(chǎng)。對(duì)此，實(shí)時(shí)俠總經(jīng)理賀巖對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，實(shí)時(shí)俠即將發(fā)布的這款運(yùn)動(dòng)控制器瞄準(zhǔn)的是國(guó)內(nèi)的中高端市場(chǎng)，但是性價(jià)比遠(yuǎn)高于國(guó)外的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，如果大規(guī)模量產(chǎn)，價(jià)格可以達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的一半。

更大的市場(chǎng)需求來自于未來的服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域。

近日，加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)出一款新型機(jī)器人Blue，可以完成洗碗、疊衣服、收拾房間等動(dòng)作。相比工業(yè)機(jī)器人所能達(dá)到的精度，Blue的工作要簡(jiǎn)單很多。

伯克利大學(xué)的機(jī)械工程師David Gealy表示：“雖然這些機(jī)器人反應(yīng)很好，但是目前最大的問題是，如果使用工業(yè)機(jī)器人，我們必須為它添加傳感器和反饋控制器，這樣就會(huì)大大地增加成本?！?/p>

據(jù)介紹，Blue機(jī)器人手臂材料成本就要3000美元，但一旦大規(guī)模量產(chǎn)后，其售價(jià)可以控制在5000美元，可以完成比較簡(jiǎn)單的任務(wù)?！斑@款機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念是，未來機(jī)器人將被使用視覺反饋和力反饋的人工智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更加智能的控制，就像人類控制自己的手臂一樣。”蔣耀對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“這也是我們未來的服務(wù)機(jī)器人努力的方向?！?/p>

賀巖告訴第一財(cái)經(jīng)記者，實(shí)時(shí)俠基于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)視覺功能和力覺功能，并且提出了全新的單芯片“驅(qū)、控、感”一體的運(yùn)動(dòng)控制器，進(jìn)一步融合感覺與控制，使機(jī)器人更加聰明、反應(yīng)更快。

“大腦是做決策的，小腦是做執(zhí)行的。我們希望通過這一‘驅(qū)、控、感’一體的運(yùn)動(dòng)控制器來實(shí)現(xiàn)類似于人類小腦的功能，幫助人工智能更好地落地?！睂?shí)時(shí)俠副總經(jīng)理唐文彬博士對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示。