2024人形仿生智能機(jī)器人

封面故事人形仿生智能機(jī)器人機(jī)器人作為現(xiàn)代工業(yè)文明的集大成1958年Unimation生產(chǎn)出世界第一臺(tái)機(jī)械手臂，即現(xiàn)在俗稱的一臺(tái)Unimation機(jī)器人于1961年被部署于通用汽車(GM)新澤西州工廠，這也是有史可查的第一臺(tái)機(jī)器人用于工業(yè)。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)IFR最新2022年全球工業(yè)機(jī)器人安裝量同比增長5%高達(dá)55.3萬73%的新部署機(jī)器人安裝15%安裝在歐洲10%安裝在美洲。數(shù)據(jù)還顯示，僅當(dāng)前全球汽車制造行業(yè)機(jī)器人保有量就突破百萬臺(tái)。驅(qū)控一體化，芯片為核心關(guān)鍵說起機(jī)器人執(zhí)行指令，繞不開“運(yùn)

對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。而運(yùn)動(dòng)控制與伺服系統(tǒng)息息相關(guān)。從驅(qū)動(dòng)執(zhí)行來看，當(dāng)前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器由伺服控制單元、功率美(onsemi)電源方案事業(yè)群技術(shù)營銷工程師HunterFreberg表示能機(jī)器人需要復(fù)雜的算法和高效緊BLDC電機(jī)廣美提供多個(gè)BLDC電機(jī)控制解決方ECS640AecoSpin?電機(jī)控制器UCBNCP81075柵極驅(qū)動(dòng)AMR執(zhí)行器開發(fā)的電源板。德州儀器(TI)工業(yè)系統(tǒng)部門電機(jī)

驅(qū)動(dòng)及機(jī)器人總經(jīng)理趙向源表示：“微控制器和集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等電機(jī)控制半導(dǎo)體的進(jìn)步正在增強(qiáng)機(jī)器器C2000?32位TMS320F28P650DKMCU等器件可以集成用于診斷的安全外圍設(shè)備，以簡化符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)10218的設(shè)LMG3422R050等氮化鎵場效應(yīng)晶體管具有集成柵極驅(qū)動(dòng)器，可將功率級(jí)效率提高到99%使集成電機(jī)能夠減少或消除對(duì)散熱器的需求。早在1969年，安川電機(jī)就提出MechanismElectronics其中包含該公司對(duì)自動(dòng)化的理解。目前，多數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)器具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，集成了控制芯片，已形成驅(qū)控一體化。為了針對(duì)實(shí)時(shí)控制MCU領(lǐng)域的多樣化選擇，德州儀器還推出了一條Sitara?MCU:AM2x系列產(chǎn)品線，可以更好地滿足實(shí)時(shí)響應(yīng)控制的需求。該產(chǎn)品集成了快速數(shù)據(jù)采集功能和精確的實(shí)時(shí)控制外設(shè)，可高速輸入和處理數(shù)據(jù)。當(dāng)控制機(jī)械臂電機(jī)的單個(gè)MCU集成了音頻、電流和位置傳感接口，機(jī)器人與人類協(xié)作的安全性將逐步提高，而無需額外的MCU。趙向源指出，就控制系統(tǒng)而言，

視覺分析使機(jī)器人感知周圍環(huán)境的能力顯著增強(qiáng)，也能更好提升了機(jī)器人以協(xié)作方式工作或獨(dú)立操作的Jacinto?系列處理器可以實(shí)現(xiàn)多種控制系統(tǒng)的功能，如機(jī)器人視覺系統(tǒng)(RVS導(dǎo)航系統(tǒng)(RNS)TDA4處理器集成了多達(dá)兩個(gè)Arm?-Cortex?-A72微處理器內(nèi)核，也是業(yè)界最高效的高性能邊緣人工智能應(yīng)用。為了確保對(duì)終端任務(wù)的精確控制，如在裝配線上拾取和放置物體

或確保操作人員的安全，必須為每個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)提供準(zhǔn)確的角度位置測量。事實(shí)上，機(jī)器人終端功能的精度歸根結(jié)底受限于每個(gè)可動(dòng)關(guān)節(jié)所能達(dá)到的累積精度。執(zhí)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制的傳感完全依賴于編碼器，編碼器是伺服系統(tǒng)除電機(jī)和驅(qū)動(dòng)外的又一核心零部件。雖然電感式編碼器的特性使其在工業(yè)應(yīng)用非常有吸引力，但歷來用例僅限于低轉(zhuǎn)速和不需要高精度的應(yīng)用。安森美利用其20多年設(shè)計(jì)電感式傳感器的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，將電????* ????* ????* ????*???? ???? ???? ???????? ????????* ????* ????* ????*???? ???? ???? ???????? ????*為預(yù)估值??? ????????????????????????+?%+?%???圖2視覺信號(hào)觸覺信號(hào)聲波信號(hào)感光信號(hào)

感式編碼器的可靠優(yōu)勢與中高端光學(xué)編碼器通常具有的高精度與高轉(zhuǎn)速相結(jié)合。安森美應(yīng)用工程師BobCard表示NCS32100是一款工業(yè)用旋轉(zhuǎn)位置傳感器，兼具高精度與38mm傳感器，可在6,000RPM時(shí)提供+/-50角秒的100,000RPM專利方法來實(shí)現(xiàn)電感位置感知，非任務(wù)級(jí)任務(wù)級(jí)行動(dòng)決策動(dòng)作級(jí)符號(hào)命令轉(zhuǎn)換構(gòu)型序列間伺服級(jí)運(yùn)動(dòng)軌跡初始級(jí)數(shù)據(jù)oB,SciaviccoL,VillaniL,etal.Kinematics[J].Robotics:Modelling,PlanningandControl,????:??-???.，數(shù)學(xué)優(yōu)化插值計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)計(jì)算伺服信號(hào)完成任務(wù)機(jī)器人動(dòng)作任務(wù)拆分任務(wù)理解國際標(biāo)準(zhǔn)化定義的機(jī)器人是一種能夠通過編程和自動(dòng)控制來執(zhí)行諸如作業(yè)或移動(dòng)等任務(wù)的機(jī)器。現(xiàn)在隨著人工智能、融合感知、數(shù)字孿生、結(jié)構(gòu)仿生為代表的新技術(shù)交叉融合，推動(dòng)機(jī)器人在感知、決策、執(zhí)行等方面更加智能化，同時(shí)其應(yīng)用范圍也在不斷得到拓展。感知系統(tǒng)是機(jī)器人的“大腦”，憑借感知技術(shù)通過獲取和分析力人才實(shí)現(xiàn)對(duì)于外部環(huán)境和狀態(tài)的理解，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)，為人機(jī)的智能交互和柔性作業(yè)提供決策依據(jù)。提及機(jī)器人感知技術(shù)，最先想到就是視覺和環(huán)境感知傳感器，其包括了為攝像頭、雷達(dá)(毫巡檢測溫巡檢測溫搬運(yùn)裝配導(dǎo)覽噴涂焊接處理外部傳感器視 語音合成傳感器...傳感器力覺傳感內(nèi)部傳感器轉(zhuǎn)換分揀電信號(hào) 信息 控制信號(hào)機(jī)器人動(dòng)作執(zhí)處理裝置 功能裝置人目特征體抓取檢測.......陀螺儀感器傾斜向傳感器GPSIMU安森美智能感知事業(yè)群汽車生態(tài)體系高級(jí)經(jīng)理SteveHarris表示：“圖像傳感器和圖像信號(hào)處理器賦予機(jī)器人視覺感知功能，使其感器從800萬像素到4,500萬像素不等，使機(jī)器人能夠讀取標(biāo)簽并準(zhǔn)采用全局快門的領(lǐng)先圖像傳感器，可以同時(shí)曝光所有像素，以降低圖像中出現(xiàn)偽影的可能性。在機(jī)器人應(yīng)用中，會(huì)實(shí)施基于機(jī)器視覺的AI與先進(jìn)技術(shù)來執(zhí)行關(guān)鍵功能。要想提高對(duì)象檢測和識(shí)別能力，需要解決在不利光照條件

下，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象和更遠(yuǎn)距離的精細(xì)細(xì)節(jié)捕獲圖像的難題。安森美的AR0822傳感器具備eHDR功能，可解決工程師在開發(fā)自主機(jī)器安森美工業(yè)感知部高級(jí)總監(jiān)GuyNicholson補(bǔ)充道RSL10通過集成的云服務(wù)提供先進(jìn)的AI和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)功能，它還可用于開發(fā)‘能運(yùn)行超過十年而不需要維護(hù)’的遠(yuǎn)程機(jī)器視覺系統(tǒng)?！笔侵改軌蚋兄?、理解和交互的機(jī)器人，它們可以在各種環(huán)境中自主地依靠六到八軸(或自由度)的運(yùn)動(dòng)控制來協(xié)調(diào)其運(yùn)動(dòng)。但協(xié)作機(jī)器人現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)更詳細(xì)和精確的運(yùn)動(dòng)，而傳(mmWave)技術(shù)協(xié)同工作可以幫助協(xié)作機(jī)器人檢測人員及其動(dòng)作，使它們能夠安全地協(xié)同工作。在自主機(jī)器人領(lǐng)域，德州儀器

利用視覺傳感器和高效視覺系統(tǒng)中的片上系統(tǒng)(SoC)來實(shí)現(xiàn)高分辨率深度學(xué)習(xí)處理和視頻分析等功能。比如德州儀器此前推出的六款基于Arm?Cortex?的視覺處理器系列，包括AM62AAM68A和AM69A處理器，使設(shè)計(jì)人員能夠在機(jī)器視覺和自主移動(dòng)機(jī)器人等應(yīng)用中。在智能移動(dòng)機(jī)器人的研發(fā)過程也是其自動(dòng)運(yùn)行的核心技術(shù)，包含主導(dǎo)航常用的技術(shù)是同步定位與地圖構(gòu)建技術(shù)(SLAM德州儀器的雙芯片級(jí)聯(lián)雷達(dá)解決方案利用了基于毫米波傳感器的成像雷達(dá)技術(shù)和AM2732MC現(xiàn)基于雷達(dá)的同步定位與地圖構(gòu)建以及自主移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航。此外，德州儀器還能通過傳感器融合和邊緣人工智能來解決更復(fù)雜的自主機(jī)器人問題，例如環(huán)視監(jiān)控、防撞、物體推斷和路徑規(guī)劃等。除了硬件支持，德州儀器還使用了邊緣人工智能軟件開發(fā)環(huán)境來簡化和加快應(yīng)用程序開發(fā)和硬件部署流程。近年來，隨著機(jī)器人的大量部署，如何精準(zhǔn)做到對(duì)機(jī)器人的日常監(jiān)測到預(yù)防性維護(hù)等，正在成為行業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)。人可能會(huì)因硬件故障而意外發(fā)生故障，而維修費(fèi)用非常昂貴。其中和機(jī)械互連，可能早在完全故障事件發(fā)生之前就已經(jīng)可見。趙向源指出，通過使用振動(dòng)傳感和邊緣人工智能等技術(shù)，預(yù)測性維護(hù)可以在潛在的設(shè)備故障發(fā)生之前檢測到潛在的設(shè)備故障。據(jù)悉，德州儀器為智能機(jī)器人提供了一套具有振動(dòng)傳感和邊緣人工智能的預(yù)測維護(hù)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防故障和性能下降，延長機(jī)器人IEPE傳端或操作技術(shù)平臺(tái)等。人形機(jī)器人正成為智能“新寵”從2014年KUKA(庫卡)機(jī)器人對(duì)陣2015年安川機(jī)器人揮刀“劈豆莢”勝過知名2021年ABBYumi在春用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)推出駕駛摩托的機(jī)器人MotoBot(最高時(shí)速可達(dá)200km/h的智能機(jī)器人正越來越討人喜愛。除工業(yè)機(jī)器人之外，近年來人形或仿生機(jī)器人也開始受到很大關(guān)ASIMO

MarketsandMarkets對(duì)人形機(jī)器人市場的預(yù)測，其市場規(guī)模將從2023年的18億美元增長至2028年的138億美元，其復(fù)合年增長率可達(dá)50.2%。另據(jù)高盛一份報(bào)告預(yù)10到15年內(nèi)，人形機(jī)器人市場至少可實(shí)現(xiàn)60億美元的規(guī)模，甚至在最理想的情景下(產(chǎn)品設(shè)計(jì)、等障礙被克服)2035年市場規(guī)?；?qū)⑦_(dá)1,540億美元。表1不同類型六維力/力矩傳感器原理類型件原理及特點(diǎn)代表企業(yè)2022年10人OptimusOptimus高度為1.7273公斤，最高時(shí)速達(dá)到8公里，并且能夠完成搬運(yùn)貨物、給植物澆水和移動(dòng)金屬棒等工作今年9Optimus能夠僅依靠視表1不同類型六維力/力矩傳感器原理類型件原理及特點(diǎn)代表企業(yè)

傳感器等。隨著產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善和市場的持續(xù)成熟，未來人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化將帶給傳感器更多機(jī)會(huì)。比如，力矩傳感器用于監(jiān)測、檢測、記錄施加在其上的線性力和旋轉(zhuǎn)力，將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，不僅在協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)以及人形機(jī)器人關(guān)節(jié)、足部和靈巧手中均有GlobalInformation測算，全球力傳感器市場預(yù)計(jì)將從2021年的74.3億美元增長到2027年的126.6億美元。未來智能機(jī)器人若要模擬人體濕度等外界物理量的感知，則柔性電子皮膚(柔性傳感器)可能是最佳另外，機(jī)器人位移姿態(tài)的檢測IMU(慣IMU是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置，大多用在汽車MEMSIMU結(jié)合了MEMS陀螺儀和MEMS中，陀螺儀用于感知物體運(yùn)動(dòng)的角SSinoogiBa

應(yīng)變片式

SCHUNME-Me?syemeGmb人形機(jī)器人Optimu以及2023年波士頓動(dòng)力公司發(fā)布的仿人機(jī)器

光學(xué)式 通過光纖映形再

OnRobot改變電荷人，都成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。改變電荷人形機(jī)器人潛在市場廣闊

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RobotiqRobotousWACOH-TECHKistlerADAS人形機(jī)器人潛在市場可達(dá)千ADAS

制表:國際電子商情資料來源GGII 速率，加速度計(jì)用于感知物體運(yùn)動(dòng)行運(yùn)算后可得出物體相對(duì)于初始位置的偏離，進(jìn)而獲得物體的運(yùn)動(dòng)根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2022年世界MEMS慣性傳感器市場規(guī)模約35

表2/ I、圖像與處理控制算法解耦算法 姿態(tài)解算算法閉環(huán)控制算法硬件主片控 集卡處理器等)(光、器(電子皮膚)慣I單元 編光交互控制 視覺傳感 力控傳感 位移資態(tài)傳感運(yùn)動(dòng)控制傳感2025年達(dá)到43高性能市場規(guī)模約71MEMS慣性傳感器系統(tǒng))。通信成為連接關(guān)鍵在機(jī)器人中，通信系統(tǒng)也是重要的器采集的機(jī)器人內(nèi)外部信息不能送計(jì)算機(jī)的控制指令不能送達(dá)驅(qū)動(dòng)部德州儀器認(rèn)為，無線連接成為與傳感器融合、邊緣計(jì)算等智能機(jī)器人發(fā)展需要的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)趨勢工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)：從串行接口到工業(yè)向源表示常重要的通信要求，德州儀器的處理器和MCU都可以支持這些通信方式。德州儀器的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)模塊可以通過單個(gè)硬件以及其他不同部件來實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的支持，BobCard則指出通信協(xié)議提供高速通信功能，用于10BASE-T1S

利用現(xiàn)有的雙絞線布線實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的多分支以太網(wǎng)通信。軟件和算法支持不可或缺除硬件支持外，完善的軟件和算法支持同等重要。針對(duì)不同的產(chǎn)品、不同的應(yīng)用，安森美提供全套的軟/方案事業(yè)群工業(yè)業(yè)務(wù)及方案應(yīng)用管理TheoKersjeRSL1x軟件開發(fā)套件(SDK)提供完整的基于Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境(IDERSL15提供最新的嵌入式安全技術(shù)，具有信任根(RootofTrust支持更多的軟件來管理器件安全功在軟件上，德州儀器可以支持州儀器處理器基于相應(yīng)的加速器做了優(yōu)化，在使用方面，和典型的API作為一套為Jacinto處理器提供的機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境，德州儀器RoboticsSDK包含了一些軟件構(gòu)建模塊和示例演示，可以用于機(jī)器人軟件開發(fā)。RoboticsSDK既包含

如何應(yīng)對(duì)高可靠性挑戰(zhàn)作為精密性高科技產(chǎn)品，智能機(jī)器人對(duì)于核心部件的穩(wěn)定性和一致性要品是半導(dǎo)體廠商的重要課題。