軍事機器人：勇敢和自主的戰(zhàn)士

當今軍事沖突中的空域充滿了各種尺寸的無人機 - 從特種部隊的手動發(fā)射車輛到飛行員在距離沖突地區(qū)數(shù)千英里的地方飛行的噴氣動力捕食者無人機。地面上有自主和無線控制的機器人車輛，從高風險巡邏到爆炸性彈藥引爆和解除武裝，應(yīng)有盡有。

這些機器人車輛支持各種軍事任務(wù)，從秘密情報收集到直接支持地面部隊和公開的軍事打擊。而這只是觸及了戰(zhàn)場上自主移動的表面。片上系統(tǒng) （SoC） 可推進微調(diào)混合信號設(shè)計，從而降低功耗和費用。

機器人在戰(zhàn)爭中的使用可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)，德國歌利亞遙控爆炸車輛和蘇聯(lián)的無線控制無人駕駛的Teletanks。今天，軍事機器人部隊也拯救了生命。正如機器人系統(tǒng)和組件的設(shè)計師和工程師可能知道也可能不知道的那樣，他們在實現(xiàn)這些系統(tǒng)和未來系統(tǒng)方面發(fā)揮了重要作用。然而，開發(fā)這些系統(tǒng)并非易事。機器人系統(tǒng)以其最基本的形式模擬或以其他方式人為地感知其環(huán)境，并通過編程邏輯響應(yīng)并與周圍環(huán)境進行交互。就復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)而言，它們是模擬傳感、驅(qū)動和數(shù)字邏輯、處理和通信的終極組合。雖然混合信號設(shè)計并不是一個新概念，但構(gòu)成這些設(shè)計的基本組件（包括片上系統(tǒng)（SoC））的最新進展提供了以更低的功率要求和更低的成本更輕松地實現(xiàn)機器人子系統(tǒng)的方法。

用于機器人技術(shù)的傳感技術(shù)

與現(xiàn)實世界的相互作用本質(zhì)上是模擬的。機器人系統(tǒng)不僅能夠準確地感知周圍環(huán)境，而且能夠以高分辨率感測周圍環(huán)境，從而為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)輸入流，以更有效地做出正確的決策和做出響應(yīng)。例如，為了使機器人哨兵能夠有效地保護周邊，系統(tǒng)必須能夠監(jiān)控和檢測運動 - 無論是通過視覺，聲音還是觸摸。通過使用高精度熱傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器和/或光學(xué)模擬傳感器的組合，機器人可以看到的原始輸入可以流式傳輸?shù)娇删幊痰倪\動檢測算法中，以測量快照和處理決策過程之間的變化 - 有效地進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。響應(yīng)本身也是一個模擬過程（即，機器人與其環(huán)境交互需要運動，電機和電機控制），實際上是數(shù)模轉(zhuǎn)換。

機器人系統(tǒng)的大腦位于數(shù)字領(lǐng)域。基于轉(zhuǎn)換后的模擬信號，響應(yīng)這些信號的預(yù)編程邏輯步驟由機器人大腦和/或外部傳達給機器人的命令執(zhí)行。例如，在機器人哨兵中，在檢測算法向該大腦提供警報后，執(zhí)行一系列預(yù)編程的邏輯函數(shù)以穩(wěn)定地增加機器人的整體警覺性狀態(tài)。這是通過執(zhí)行恐嚇行動來完成的，以阻止入侵者通過泛光燈，口頭警告等撤退。

從歷史上看，為機器人哨兵等系統(tǒng)而設(shè)計的設(shè)計需要傳感器、昂貴的模擬分立式ADC、放大器、高精度基準電壓源、DAC、PWM以及多個處理器和微控制器。這些是構(gòu)成單個感知 - 檢測 - 決定 - 響應(yīng) - 報告子系統(tǒng)的組件 - 只是機器人哨兵將負責的眾多功能之一。僅實現(xiàn)這一項功能的挑戰(zhàn)是選擇合適的模擬分立元件（ADC、放大器、Vrefs、DAC等），這些元件是為所選高精度傳感器設(shè)計或與之兼容的。選擇數(shù)字組件、處理器，甚至潛在的自定義邏輯門來構(gòu)建報警級狀態(tài)機以實現(xiàn)適當?shù)臎Q策和響應(yīng)也很困難。這不僅是一項復(fù)雜而具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，而且如果其中任何部分需要重新定義 - 也許更換傳感器，添加額外的傳感器，添加額外的響應(yīng)機制等等 - 同樣復(fù)雜的任務(wù)必須再次重復(fù)。最后，大量的分立元件也迅速增加了子系統(tǒng)的總BOM成本，并增加了功率要求，由于元件的數(shù)量而加倍影響系統(tǒng)。

混合信號 SoC 是關(guān)鍵

考慮到構(gòu)建機器人系統(tǒng)的上述挑戰(zhàn)，好消息是混合信號可編程SoC架構(gòu)和軟件工具可以減輕機器人設(shè)計負擔。通過將模擬、數(shù)字、邏輯和處理內(nèi)核集成到單個混合信號器件中，設(shè)計人員可以實現(xiàn)系統(tǒng)成本節(jié)約，同時大大提高功率預(yù)算。這些類型的器件中模擬域和數(shù)字域中的系統(tǒng)級可編程性也簡化了通常困難且耗時的模擬設(shè)計過程;這些設(shè)備還提供了快速原型設(shè)計、測試的能力，甚至無需中繼設(shè)計，即可在此過程中更改和增量更新設(shè)計。例如，通過系統(tǒng)級可編程性，在這種設(shè)計水平上設(shè)計的工具為開發(fā)人員提供了一種在混合信號設(shè)備中定義信號鏈的方法，并且能夠隨著設(shè)計的進行修改同一信號流的任何部分。通過這種方式，可以使用所需分辨率、采樣速率、基準電壓源等參數(shù)，通過ADC本身在系統(tǒng)級定義信號路徑和配置元件。所有這一切都可以在使用賽普拉斯的 PSoC 架構(gòu)和軟件工具 PSoC 創(chuàng)建器時無需查閱模擬組件數(shù)據(jù)手冊（圖 1）即可完成。

圖 1：混合信號可編程SoC軟件根據(jù)所需分辨率、采樣速率和基準電壓源等參數(shù)生成ADC。

圖1所示的PSoC創(chuàng)建器對話框根據(jù)所需分辨率、采樣速率和基準電壓源等參數(shù)生成ADC。如果系統(tǒng)要求發(fā)生重大變化，開發(fā)人員可以通過調(diào)整這些參數(shù)并重建系統(tǒng)應(yīng)用程序來適應(yīng)它們，而無需進行任何硬件修改。

混合信號 SoC 技術(shù)幫助機器人拯救這一天

軍事機器人是一個勇敢和自主的戰(zhàn)士，與戰(zhàn)場上的人類對手不同，它可以成為保護其所服務(wù)的人的可有可無的資產(chǎn)。通過使用最先進的可編程混合信號SoC架構(gòu)和軟件，工程師可以在功率/成本預(yù)算范圍內(nèi)更輕松地進一步發(fā)展這些機器人戰(zhàn)士，從而騰出更多的時間和精力在最重要的事情上：機器人的核心任務(wù)。

審核編輯：郭婷