机器人行业的下一步：更智能、更安全？

从工业机器人、工业协作机器人、运输机器人到医疗机器人、陪伴服务机器人，机器人的应用范围正在从工业领域拓展到各个领域，未来机器人将深度影响和改善人类的工作、生活体验。

根据中国电子学会发布的《中国机器人产业发展报告（2022年）》显示，预计2022年，全球机器人市场规模将达到513亿美元，2017至2022年的年均增长率达到14%。其中，工业机器人市场规模将达到195亿美元，服务机器人达到217亿美元，特种机器人超过100亿美元。预计到2024年，全球机器人市场规模将有望突破650亿美元。

机器人行业的发展离不开半导体技术的演进和创新，近日在进博会上，德州仪器举办了一场以“机器人”为主题的媒体分享会，德州仪器中国区技术支持总监师英先生向我们诠释了什么是下一代机器人，半导体在其中扮演的重要角色，以及德州仪器的全链条优势。

图 | 德州仪器中国区技术支持总监师英

什么是下一代机器人？

近年来，机器人逐步由“自动化”向“智能化”演进，早期的机器人程序都是设定好的算法，而如今越来越多的机器人正在通过行业大数据训练，使用黑盒的方式训练出更智能的机器人，机器人生态加速共融共生势在必行。

与此同时，安全也是下一代机器人要克服的重要挑战之一。这里的安全包括三个方面：功能安全、信息安全和人身安全。

除此之外，对于下一代机器人来讲，它的总体功耗、体积、易用性也需要进一步提高。

打造更智能、更安全的机器人，德州仪器做了些什么？

对于如何打造下一代机器人，师英从一家半导体企业出发，他认为有四大方向是可以去加大投入的。

图 | 德州仪器正在助力客户打造更智能、更安全的机器人

• 精确、高能效的电机控制

不管是装配机器人还是工业机器人，都有手臂，需要非常精准的机械臂的移动。在运动系统中，德州仪器可以提供C2000实时控制单片机，Sitara MCU实时控制单片机，加上门极驱动器和氮化镓的功率器件来完成精准、高效、功率密度持续提升的电机的控制方案。

• 智能、低功耗和小尺寸的边缘AI计算

如同前面提到的，早期的装配机器人还谈不上AI和深度学习的层次，只是通过输入固定的程序，让它去精准重复地完成一系列的动作，而今天的机器人会越来越多地加入人工智能，这些人工智能就需要有一个强大的处理器，在这个处理器里需要带深度学习或者AI的功能，来识别和感知环境里面对于环境的各种参数，比如障碍物、图像外形形状、颜色等信号的分析和运算。

AI最早出现在云计算，通过把现场的数据送到云端，用服务器非常巨大的算力来完成人工智能的运算。但是在工业领域里面，当我们把这个数据采集好送到云端，运算完成之后再送回现场，这里的延迟是不符合大部分的工业应用需求的。于是，人们尝试把人工智能的运算放到设备的本地，同时降低每瓦的功耗，边缘计算应运而生。

既然提到了AI计算，就不得不提一下其算力水平。以进博会上德州仪器展台联合达明展出的TM5S负载机器人为例，其核心处理器是TDA4处理器，这颗处理器已经被广泛地应用在工业和汽车的各种需要人工智能、需要深度学习运算能力的应用场景里，它是一个多达8核的Cortex-A72多核异构的处理器，除了多达8核Cortex-A72之外，它还有4个R5F内核，而且这些MCU的核是符合功能安全最高等级标准的子系统。

同时，TDA4处理器单片可以集成的AI算力深度学习的能力，从8Tops到16Tops、32Tops，有各种不同AI算力的组合。

• 精确、灵敏和高能效的感应功能

传感器是连接物理世界和数字世界的最前端，机器人需要采集信号并处理，来实现对现实世界的感知。目前，在机器人领域常用的传感器包括视觉传感器、毫米波雷达、超声波传感器、温度传感器、电流传感器等。

以达明TM5S负载机器人为例，其采用了德州仪器的IWR6843毫米波雷达传感器。这颗毫米波雷达传感器工作在60GHz到64GHz，是一颗单芯片的智能毫米波传感器，它采用多天线的组织结构实现四发三收，乃至于到毫米波信号回波进去之后的数字处理滤波，以及点云的计算都是用这一颗IWR6843这一颗芯片完成。

此外，IWR6843获得了IEC 61508 SIL-2认证，满足工业领域里面最通用的国际电工协会所规定的工业功能安全的安全标准。

• 高度完整、精确和安全的通信

在一个机器人系统里面，不仅机器人的各个子系统或者各个部件之间需要高速、准确、实时的通信，机器人作为一个设备也需要和其他的设备联网起来，一定程度上可能还需要和云端也连起来。所以，精准、高度完整性和安全的通信也是在机器人系统里持续遇到的挑战之一。同时，功能安全和信息安全对于通信部分来讲，也是至关重要的。

以达明TM5S负载机器人为例，其搭载的TDA4处理器拥有8个符合TSN标准的千兆以太网端口，以及4个PCle以太网交换机，可以助力其实现更为高速、精准、安全的通信。

写在最后

德州仪器相信机器人未来会变得更聪明、更智慧、更精准、更安全，也将继续致力于通过电机控制、计算、感知、通信功能打造新一代机器人。