爭(zhēng)奪機(jī)器人市場(chǎng)，半導(dǎo)體廠商出奇招 - 全文

　　工業(yè)自動(dòng)化和與日俱增的人力成本催生了機(jī)器人的需求，尤其在中國(guó)，這是一個(gè)龐大的市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2012年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人本體市場(chǎng)達(dá)到8億美元，并將以10%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，在2017年可達(dá)到13億美元的規(guī)模，如何在這個(gè)市場(chǎng)中分一杯羹將成各大半導(dǎo)體廠商關(guān)注的問(wèn)題。鑒此，我們從機(jī)器人發(fā)展所需要的幾個(gè)方面入手，分析整個(gè)機(jī)器人“內(nèi)芯”的格局。

　　我們知道，現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人最重要的組成部分是智能感測(cè)和運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)前最普遍的機(jī)器人樣態(tài)就是模仿人類(lèi)手臂的機(jī)器手臂，要靈活的控制這些手臂，就需要更高靈敏度的感測(cè)前端配合，高精度的感測(cè)前端則需要更多的傳感器，因此在機(jī)器人技術(shù)里面就涉及到了控制、驅(qū)動(dòng)、傳感等多方面的技術(shù)，這也是各大廠商明爭(zhēng)暗斗的領(lǐng)域。

　　首先，在機(jī)器手臂的控制中，MCU是重要的控制核心。多種控制器或處理器中以MCU的市場(chǎng)前景最為可期，雖然MCU的處理效能比不上微處理器（MPU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）等元件，不過(guò)由于目前智能工廠上的機(jī)器人多以機(jī)器手臂為主，高精度、大型且完全擬真人的機(jī)器人還不普遍，而機(jī)器手臂注重的是馬達(dá)控制效能，因此已在馬達(dá)控制領(lǐng)域占有一席之地的MCU業(yè)者將最直接受惠。且據(jù)了解，機(jī)器人的靈活度主要取決于移動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目，這樣的話(huà)則需要更多的馬達(dá)，因此對(duì)MCU的需求將明顯增加，將目光投向MCU，對(duì)于廣大半導(dǎo)體廠商而言，是一個(gè)巨大的商機(jī)。

　　為了滿(mǎn)足機(jī)器人馬達(dá)的控制應(yīng)用，廠商們除了要提供易開(kāi)發(fā)的嵌入式平臺(tái)、設(shè)計(jì)工具及通用軟件外，更要建立好MCU周邊完善的通訊環(huán)境，亦即MCU須能處理各種工業(yè)通訊協(xié)議，保證各種通訊的擴(kuò)展。當(dāng)然，MCU運(yùn)算能力的提高也是在所難免的。

　　對(duì)于工業(yè)機(jī)器人而言，除了應(yīng)用較為成熟的機(jī)器手臂之外，影像的分析、運(yùn)算與處理也漸漸成為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中不可或缺的要素，包括自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（Automatic Optical Inspection， AOI）、嵌入式機(jī)器視覺(jué)等系統(tǒng)皆深具應(yīng)用潛力，尤其是機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算未來(lái)將可大幅簡(jiǎn)化生產(chǎn)線(xiàn)上的工作流程。因此如何打造一個(gè)出色的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)成為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重中之重。德州儀器（TI）研發(fā)出的可編程即時(shí)元件（Programmable Real-time Unit， PRU）整合DSP新方案，可藉此建立完善的可編程環(huán)境，提高機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性。

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)6月《智能工業(yè)特刊》特別聚焦欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

　　德州儀器在DSP SoC中加入PRU區(qū)塊，用以補(bǔ)足處理器未能提供的通訊輸入/輸出（I/O）接腳。PRU的高彈性有助于開(kāi)發(fā)人員在終端產(chǎn)品中整合更多的通訊界面，更重要的是，整合PRU的DSP能提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的設(shè)計(jì)彈性，讓DSP在通訊界面的支援上得以媲美FPGA方案。

　　據(jù)了解，為了應(yīng)付低階到高階的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，德州儀器在整合DSP的SoC產(chǎn)品線(xiàn)上亦多方布局，如在KeyStone系列中，其單一SoC上最多可整合八顆DSP以及二顆PRU，外加四個(gè)ARM架構(gòu)的CPU，用以滿(mǎn)足高階機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算，并提供高擴(kuò)展性的編程環(huán)境。

　　值得注意的是，若要讓機(jī)器人同時(shí)具備機(jī)器視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)控制功能，光靠低級(jí)的嵌入式處理器恐難滿(mǎn)足此需求。就機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算而言，內(nèi)部的控制平臺(tái)須具備高密度的平行運(yùn)算能力，一般ARM架構(gòu)嵌入式處理器的運(yùn)算能力，要應(yīng)付機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算系統(tǒng)就已相當(dāng)吃緊，遑論尚須同時(shí)進(jìn)行機(jī)器手臂運(yùn)動(dòng)控制，因此機(jī)器人開(kāi)發(fā)商將傾向借助擴(kuò)充彈性較大的工業(yè)電腦平臺(tái)來(lái)達(dá)到此目標(biāo)。

　　為解決上述問(wèn)題，工業(yè)電腦大廠亦爭(zhēng)相競(jìng)逐商機(jī)，如凌華推出的智能電腦應(yīng)用平臺(tái)（Application Ready Intelligent Platform， ARIP），以及研華的MVP （Motion， Vision， Platform）平臺(tái)，期為智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)發(fā)商提供各種整合運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算的應(yīng)用。

　　除提供硬件支援之外，工業(yè)電腦大廠亦開(kāi)始專(zhuān)為智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)編寫(xiě)應(yīng)用軟體，如凌華為其ARIP平臺(tái)添加了中介軟件、應(yīng)用程式介面（API）等附加資源，力求能最大幅度縮短機(jī)器人智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)時(shí)程。

　　雖然機(jī)器人能夠自動(dòng)工作，但可操控的界面也是必不可少的，因此如何打造個(gè)性化的人機(jī)界面解決方案則成為FPGA廠商關(guān)注的問(wèn)題。

　　瞄準(zhǔn)人機(jī)界面應(yīng)用商機(jī)，萊迪思正卯足全力偕同系統(tǒng)商開(kāi)發(fā)相關(guān)解決方案。其推出的人機(jī)界面單芯片（HMI on Chip， HOI） 是完全基于萊迪思FPGA的單芯片人機(jī)界面應(yīng)用參考設(shè)計(jì)。其最大的好處是帶來(lái)了可擴(kuò)展性、高階的圖像處理、快速的反應(yīng)時(shí)間和人機(jī)界面設(shè)計(jì)的方便性;不同于基于MCU的解決方案，萊迪思的人機(jī)界面解決方案系基于編輯器（Editor-based）的，所以即使沒(méi)有程式設(shè)計(jì)或作業(yè)系統(tǒng)操作專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的工程師也能輕松上手。

　　隨著機(jī)器人需求的增長(zhǎng)，芯片商和系統(tǒng)集成商在這個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)已引爆。誰(shuí)有希望最先突圍而出？

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