2024人形仿生智能機器人

封面故事人形仿生智能機器人機器人作為現(xiàn)代工業(yè)文明的集大成1958年Unimation生產(chǎn)出世界第一臺機械手臂，即現(xiàn)在俗稱的一臺Unimation機器人于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機器人用于工業(yè)。據(jù)國際機器人聯(lián)合會IFR最新2022年全球工業(yè)機器人安裝量同比增長5%高達55.3萬73%的新部署機器人安裝15%安裝在歐洲10%安裝在美洲。數(shù)據(jù)還顯示，僅當前全球汽車制造行業(yè)機器人保有量就突破百萬臺。驅控一體化，芯片為核心關鍵說起機器人執(zhí)行指令，繞不開“運

對機械運動部件的位置、速度等進的運動軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)進行運動。而運動控制與伺服系統(tǒng)息息相關。從驅動執(zhí)行來看，當前主流的伺服驅動器由伺服控制單元、功率美(onsemi)電源方案事業(yè)群技術營銷工程師HunterFreberg表示能機器人需要復雜的算法和高效緊BLDC電機廣美提供多個BLDC電機控制解決方ECS640AecoSpin?電機控制器UCBNCP81075柵極驅動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

驅動及機器人總經(jīng)理趙向源表示：“微控制器和集成電機驅動器等電機控制半導體的進步正在增強機器器C2000?32位TMS320F28P650DKMCU等器件可以集成用于診斷的安全外圍設備，以簡化符合國際標準化組織(ISO)10218的設LMG3422R050等氮化鎵場效應晶體管具有集成柵極驅動器，可將功率級效率提高到99%使集成電機能夠減少或消除對散熱器的需求。早在1969年，安川電機就提出MechanismElectronics其中包含該公司對自動化的理解。目前，多數(shù)伺服驅動器具有獨立的控制系統(tǒng)，集成了控制芯片，已形成驅控一體化。為了針對實時控制MCU領域的多樣化選擇，德州儀器還推出了一條Sitara?MCU:AM2x系列產(chǎn)品線，可以更好地滿足實時響應控制的需求。該產(chǎn)品集成了快速數(shù)據(jù)采集功能和精確的實時控制外設，可高速輸入和處理數(shù)據(jù)。當控制機械臂電機的單個MCU集成了音頻、電流和位置傳感接口，機器人與人類協(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，

視覺分析使機器人感知周圍環(huán)境的能力顯著增強，也能更好提升了機器人以協(xié)作方式工作或獨立操作的Jacinto?系列處理器可以實現(xiàn)多種控制系統(tǒng)的功能，如機器人視覺系統(tǒng)(RVS導航系統(tǒng)(RNS)TDA4處理器集成了多達兩個Arm?-Cortex?-A72微處理器內核，也是業(yè)界最高效的高性能邊緣人工智能應用。為了確保對終端任務的精確控制，如在裝配線上拾取和放置物體

或確保操作人員的安全，必須為每個旋轉點提供準確的角度位置測量。事實上，機器人終端功能的精度歸根結底受限于每個可動關節(jié)所能達到的累積精度。執(zhí)行關節(jié)運動控制的傳感完全依賴于編碼器，編碼器是伺服系統(tǒng)除電機和驅動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)應用非常有吸引力，但歷來用例僅限于低轉速和不需要高精度的應用。安森美利用其20多年設計電感式傳感器的專業(yè)經(jīng)驗，將電????* ????* ????* ????*???? ???? ???? ???????? ????????* ????* ????* ????*???? ???? ???? ???????? ????*為預估值??? ????????????????????????+?%+?%???圖2視覺信號觸覺信號聲波信號感光信號

感式編碼器的可靠優(yōu)勢與中高端光學編碼器通常具有的高精度與高轉速相結合。安森美應用工程師BobCard表示NCS32100是一款工業(yè)用旋轉位置傳感器，兼具高精度與38mm傳感器，可在6,000RPM時提供+/-50角秒的100,000RPM專利方法來實現(xiàn)電感位置感知，非任務級任務級行動決策動作級符號命令轉換構型序列間伺服級運動軌跡初始級數(shù)據(jù)oB,SciaviccoL,VillaniL,etal.Kinematics[J].Robotics:Modelling,PlanningandControl,????:??-???.，數(shù)學優(yōu)化插值計算驅動電機計算伺服信號完成任務機器人動作任務拆分任務理解國際標準化定義的機器人是一種能夠通過編程和自動控制來執(zhí)行諸如作業(yè)或移動等任務的機器。現(xiàn)在隨著人工智能、融合感知、數(shù)字孿生、結構仿生為代表的新技術交叉融合，推動機器人在感知、決策、執(zhí)行等方面更加智能化，同時其應用范圍也在不斷得到拓展。感知系統(tǒng)是機器人的“大腦”，憑借感知技術通過獲取和分析力人才實現(xiàn)對于外部環(huán)境和狀態(tài)的理解，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)，為人機的智能交互和柔性作業(yè)提供決策依據(jù)。提及機器人感知技術，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(毫巡檢測溫巡檢測溫搬運裝配導覽噴涂焊接處理外部傳感器視 語音合成傳感器...傳感器力覺傳感內部傳感器轉換分揀電信號 信息 控制信號機器人動作執(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)體系高級經(jīng)理SteveHarris表示：“圖像傳感器和圖像信號處理器賦予機器人視覺感知功能，使其感器從800萬像素到4,500萬像素不等，使機器人能夠讀取標簽并準采用全局快門的領先圖像傳感器，可以同時曝光所有像素，以降低圖像中出現(xiàn)偽影的可能性。在機器人應用中，會實施基于機器視覺的AI與先進技術來執(zhí)行關鍵功能。要想提高對象檢測和識別能力，需要解決在不利光照條件

下，對運動中的對象和更遠距離的精細細節(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)自主機器安森美工業(yè)感知部高級總監(jiān)GuyNicholson補充道RSL10通過集成的云服務提供先進的AI和機器學習(ML)功能，它還可用于開發(fā)‘能運行超過十年而不需要維護’的遠程機器視覺系統(tǒng)?！笔侵改軌蚋兄?、理解和交互的機器人，它們可以在各種環(huán)境中自主地依靠六到八軸(或自由度)的運動控制來協(xié)調其運動。但協(xié)作機器人現(xiàn)而實現(xiàn)更詳細和精確的運動，而傳(mmWave)技術協(xié)同工作可以幫助協(xié)作機器人檢測人員及其動作，使它們能夠安全地協(xié)同工作。在自主機器人領域，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)來實現(xiàn)高分辨率深度學習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，使設計人員能夠在機器視覺和自主移動機器人等應用中。在智能移動機器人的研發(fā)過程也是其自動運行的核心技術，包含主導航常用的技術是同步定位與地圖構建技術(SLAM德州儀器的雙芯片級聯(lián)雷達解決方案利用了基于毫米波傳感器的成像雷達技術和AM2732MC現(xiàn)基于雷達的同步定位與地圖構建以及自主移動機器人的自主導航。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雜的自主機器人問題，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)境來簡化和加快應用程序開發(fā)和硬件部署流程。近年來，隨著機器人的大量部署，如何精準做到對機器人的日常監(jiān)測到預防性維護等，正在成為行業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)。人可能會因硬件故障而意外發(fā)生故障，而維修費用非常昂貴。其中和機械互連，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，通過使用振動傳感和邊緣人工智能等技術，預測性維護可以在潛在的設備故障發(fā)生之前檢測到潛在的設備故障。據(jù)悉，德州儀器為智能機器人提供了一套具有振動傳感和邊緣人工智能的預測維護系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測和分析機器人的運行狀態(tài)，預防故障和性能下降，延長機器人IEPE傳端或操作技術平臺等。人形機器人正成為智能“新寵”從2014年KUKA(庫卡)機器人對陣2015年安川機器人揮刀“劈豆莢”勝過知名2021年ABBYumi在春用工業(yè)機器人技術推出駕駛摩托的機器人MotoBot(最高時速可達200km/h的智能機器人正越來越討人喜愛。除工業(yè)機器人之外，近年來人形或仿生機器人也開始受到很大關ASIMO

MarketsandMarkets對人形機器人市場的預測，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，其復合年增長率可達50.2%。另據(jù)高盛一份報告預10到15年內，人形機器人市場至少可實現(xiàn)60億美元的規(guī)模，甚至在最理想的情景下(產(chǎn)品設計、等障礙被克服)2035年市場規(guī)?；驅⑦_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代表企業(yè)2022年10人OptimusOptimus高度為1.7273公斤，最高時速達到8公里，并且能夠完成搬運貨物、給植物澆水和移動金屬棒等工作今年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，未來人形機器人產(chǎn)業(yè)化將帶給傳感器更多機會。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力，將力信號轉化為電信號，不僅在協(xié)作機器人關節(jié)以及人形機器人關節(jié)、足部和靈巧手中均有GlobalInformation測算，全球力傳感器市場預計將從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結合了MEMS陀螺儀和MEMS中，陀螺儀用于感知物體運動的角SSinoogiBa

應變片式

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

光學式 通過光纖映形再

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

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RobotiqRobotousWACOH-TECHKistlerADAS人形機器人潛在市場可達千ADAS

制表:國際電子商情資料來源GGII 速率，加速度計用于感知物體運動行運算后可得出物體相對于初始位置的偏離，進而獲得物體的運動根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，預計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)傳感運動控制傳感2025年達到43高性能市場規(guī)模約71MEMS慣性傳感器系統(tǒng))。通信成為連接關鍵在機器人中，通信系統(tǒng)也是重要的器采集的機器人內外部信息不能送計算機的控制指令不能送達驅動部德州儀器認為，無線連接成為與傳感器融合、邊緣計算等智能機器人發(fā)展需要的三個關鍵技術趨勢工業(yè)通信標準：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)實時以太網(wǎng)模塊可以通過單個硬件以及其他不同部件來實現(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)有的雙絞線布線實現(xiàn)工業(yè)應用的多分支以太網(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。針對不同的產(chǎn)品、不同的應用，安森美提供全套的軟/方案事業(yè)群工業(yè)業(yè)務及方案應用管理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，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處理器提供的機器人軟件開發(fā)環(huán)境，德州儀器RoboticsSDK包含了一些軟件構建模塊和示例演示，可以用于機器人軟件開發(fā)。RoboticsSDK既包含

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