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從工業機器人、工業協作機器人、運輸機器人到醫療機器人、陪伴服務機器人，機器人的應用范圍正在從工業領域拓展到各個領域，未來機器人將深度影響和改善人類的工作、生活體驗。
根據中國電子學會發布的《中國機器人產業發展報告（2022年）》顯示，預計2022年，全球機器人市場規模將達到513億美元，2017至2022年的年均增長率達到14%。其中，工業機器人市場規模將達到195億美元，服務機器人達到217億美元，特種機器人超過100億美元。預計到2024年，全球機器人市場規模將有望突破650億美元。
機器人行業的發展離不開半導體技術的演進和創新，近日在進博會上，德州儀器舉辦了一場以“機器人”為主題的媒體分享會，德州儀器中國區技術支持總監師英先生向我們詮釋了什么是下一代機器人，半導體在其中扮演的重要角色，以及德州儀器的全鏈條優勢。
圖 | 德州儀器中國區技術支持總監師英
什么是下一代機器人？
近年來，機器人逐步由“自動化”向“智能化”演進，早期的機器人程序都是設定好的算法，而如今越來越多的機器人正在通過行業大數據訓練，使用黑盒的方式訓練出更智能的機器人，機器人生態加速共融共生勢在必行。
與此同時，安全也是下一代機器人要克服的重要挑戰之一。這里的安全包括三個方面：功能安全、信息安全和人身安全。
除此之外，對于下一代機器人來講，它的總體功耗、體積、易用性也需要進一步提高。
打造更智能、更安全的機器人，德州儀器做了些什么？
對于如何打造下一代機器人，師英從一家半導體企業出發，他認為有四大方向是可以去加大投入的。
圖 | 德州儀器正在助力客戶打造更智能、更安全的機器人
- 精確、高能效的電機控制
不管是裝配機器人還是工業機器人，都有手臂，需要非常精準的機械臂的移動。在運動系統中，德州儀器可以提供C2000實時控制單片機，Sitara MCU實時控制單片機，加上門極驅動器和氮化鎵的功率器件來完成精準、高效、功率密度持續提升的電機的控制方案。
如同前面提到的，早期的裝配機器人還談不上AI和深度學習的層次，只是通過輸入固定的程序，讓它去精準重復地完成一系列的動作，而今天的機器人會越來越多地加入人工智能，這些人工智能就需要有一個強大的處理器，在這個處理器里需要帶深度學習或者AI的功能，來識別和感知環境里面對于環境的各種參數，比如障礙物、圖像外形形狀、顏色等信號的分析和運算。
AI最早出現在云計算，通過把現場的數據送到云端，用服務器非常巨大的算力來完成人工智能的運算。但是在工業領域里面，當我們把這個數據采集好送到云端，運算完成之后再送回現場，這里的延遲是不符合大部分的工業應用需求的。于是，人們嘗試把人工智能的運算放到設備的本地，同時降低每瓦的功耗，邊緣計算應運而生。
既然提到了AI計算，就不得不提一下其算力水平。以進博會上德州儀器展臺聯合達明展出的TM5S負載機器人為例，其核心處理器是TDA4處理器，這顆處理器已經被廣泛地應用在工業和汽車的各種需要人工智能、需要深度學習運算能力的應用場景里，它是一個多達8核的Cortex-A72多核異構的處理器，除了多達8核Cortex-A72之外，它還有4個R5F內核，而且這些MCU的核是符合功能安全最高等級標準的子系統。
同時，TDA4處理器單片可以集成的AI算力深度學習的能力，從8Tops到16Tops、32Tops，有各種不同AI算力的組合。
- 精確、靈敏和高能效的感應功能
傳感器是連接物理世界和數字世界的最前端，機器人需要采集信號并處理，來實現對現實世界的感知。目前，在機器人領域常用的傳感器包括視覺傳感器、毫米波雷達、超聲波傳感器、溫度傳感器、電流傳感器等。
以達明TM5S負載機器人為例，其采用了德州儀器的IWR6843毫米波雷達傳感器。這顆毫米波雷達傳感器工作在60GHz到64GHz，是一顆單芯片的智能毫米波傳感器，它采用多天線的組織結構實現四發三收，乃至于到毫米波信號回波進去之后的數字處理濾波，以及點云的計算都是用這一顆IWR6843這一顆芯片完成。
此外，IWR6843獲得了IEC 61508 SIL-2認證，滿足工業領域里面最通用的國際電工協會所規定的工業功能安全的安全標準。
- 高度完整、精確和安全的通信
在一個機器人系統里面，不僅機器人的各個子系統或者各個部件之間需要高速、準確、實時的通信，機器人作為一個設備也需要和其他的設備聯網起來，一定程度上可能還需要和云端也連起來。所以，精準、高度完整性和安全的通信也是在機器人系統里持續遇到的挑戰之一。同時，功能安全和信息安全對于通信部分來講，也是至關重要的。
以達明TM5S負載機器人為例，其搭載的TDA4處理器擁有8個符合TSN標準的千兆以太網端口，以及4個PCle以太網交換機，可以助力其實現更為高速、精準、安全的通信。
寫在最后
德州儀器相信機器人未來會變得更聰明、更智慧、更精準、更安全，也將繼續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。
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