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德州仪器(TI)助力打造更智能、更安全的机器人

作者:www.cechina.cn2023.11.20阅读 2654

  当今世界,机器人已经是现代生活中不可或缺的一部分,从日常生活中的服务机器人,到生产制造中的工业机器人、医疗领域的手术机器人等,机器人可谓是无处不在CONTROL ENGINEERING China版权所有,作用也越来越大。
  但随之而来的是,作为一个高度自动化的机械设备,机器人也面临着需要更加智能、更加安全的挑战。面对这些挑战,在所有机器人组成部件之中,机器人的"大脑"--机器人控制芯片起着最为关键的作用。
  德州仪器(TI)作为一家全球性半导体公司,其产品在机器人控制器、机械手驱动系统、传感和视觉技术、机器人工业通信等领域都有广泛应用。为了助力机器人生产厂商打造更智能、更安全的下一代机器人,德州仪器将以往多用于汽车高级驾驶辅助系统TDA4x处理器和毫米波雷达传感器成功应用到了工业机器人之中。在今年的进博会上,德州仪器展出了这一机器人,并与媒体分享了其在机器人领域的最新技术和解决方案。
       TDA4x让机器人控制器增添边缘AI功能 
  机器人正在向智能机器人演进,机器人的应用离不开与机器视觉、深度学习和人工智能等技术的集成。以往,这些技术和功能往往需要通过上位的工控机来实现,机器人控制器本身只负责本身的运动控制。
  德州仪器中国区技术支持总监师英在媒体分享会上表示,从计算的角度来讲,早期的装配机器人还用不上AI和深度学习的技术www.cechina.cn,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。
  而今天的机器人需要越来越多地加入人工智能技术,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的需求。所以我们需要所谓的边缘计算,相对于云计算,边缘计算就是我们把人工智能的运算放到设备的本地。
  拿机械臂举例,通常会在机械臂上装一些摄像头,来对被操作物或者对周围的环境、障碍物、人的存在、行为做出一些判断,这样就需要在设备端本地完成人工智能,这就是所谓的边缘AI。
  随着机器人对人工智能的要求越来越高,需要的算力也越来越大。因此,德州仪器将TDA4系列处理器引入到了机器人控制领域,不仅可以实现机器人本身的控制,而且还可以让机器人控制器本身就具有边缘AI的功能,该处理器具有8个Cortex-A72和4个R5F内核,以及高效视觉、深度学习硬件加速器和DSP,算力从1个tops,2个tops,一直到单片32tops都可以提供,能够处理丰富的图像、雷达和运动控制等数据。 

德州仪器展出的TDA4x处理器
       毫米波雷达让机器人更安全 
  安全对于机器人的重要性不言而喻,特别是现在应用越来越多的协作机器人,安全问题是头等大事。作为一个半导体公司,德州仪器在机器人安全设计方面的也提供了多种创新技术。
  比如TDA4x处理器是一款可实现功能安全型单芯片机器人控制器。
  同时,德州仪器还可以提供精准、高度完整性和安全的通信解决方案,TDA4系列处理器可最多提供8个TSN端口和4个PCIe以太网端口,不但可以确保机器人系统各个子系统或者各个部件之间需要高速、准确、实时的通信,而且可以和其他设备联网www.cechina.cn,甚至和云端相连。
  而更为重要的是,德州仪器将毫米波雷达传感器引入了机器人领域,它可以实时检测机器人与周围人或障碍物的距离,当小于预设的安全距离时,机器人会立即停止动作,从而保障操作安全。
  据师英介绍,德州仪器打造的毫米波雷达传感器,集成了拥有处理能力的60GHz至64GHz单芯片智能毫米波传感器,可以对非常细微的运动进行准确地感知,甚至可以精准地捕捉到人呼吸时候生命体征的变化。毫米波雷达的引入可以大大提高机器人系统的安全性,当周围有障碍物或者有人、其他的一些物体移动经过的时候,它可以起到安全性的紧急保护和制动。
  师英表示,目前德州仪器已经可以提供成熟且高性价比的毫米波雷达传感器,当然也还有其他的如超声波、温度、电流等各种物理量的传感器,从而来保证机器人精确、灵敏和高能效的感知。
       原生AI智能、安全的达明TM5S协作机器人
  利用智能控制器和毫米波雷达,德州仪器已经协助达明机器人打造出具有原生AI智能、内建视觉系统和毫米波雷达的TM5S协作机器人。

TI展台上的达明TM5S协作机器人
       在本次进博会上,德州仪器就展出了这台应用了TDA4x处理器的机器人,基于高效稳定的数据处理能力,机械臂可通过视觉捕捉人的动作并做出相应模仿。TM5S的重复定位精度 达到了+/- 0.03mm,而且集成了 EtherCat 等协议,可以满足机器人各个轴之间高速的实时通信。内建视觉的特点,更是大幅度降低了系统整合CONTROL ENGINEERING China版权所有,现场调试以及后期维护的的难度,让集成商和终端客户的工作变得更容易,效率更好。 
  在传感器方面,TM5S装载了德州仪器IWR6843毫米波雷达传感器,这是一个工作在60GHz到64GHz的单芯片智能毫米波传感器,它在60几个GHz频段的雷达毫米波的发射器和接收器,而且它是多天线的组织结构,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,以及点云的计算都是用这一颗IWR6843这一颗芯片完成。而且这个毫米波雷达获得了TUV的IEC 61508 SIL-2的功能安全认证。
  "为了让机器人变得更加聪明、更加智能,完成更多的工作,而且同时它的总体功耗、体积、易用性、安全性在各个方面有持续和进一步的提升,我们可以通过精准的电机控制、高能量效率的边缘AI处理器和精密准确的传感,以及实时、安全的通信等方面,为机器人制造商提供全面的半导体解决方案,为行业和客户所持续提供的创新和提升。" 师英最后总结道。
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