機(jī)器人新紀(jì)元：邊緣處理、電源、傳感器與通信突破
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隨著傳感器和電子器件技術(shù)的突飛猛進(jìn)，移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域正在快速發(fā)展。工程師們通過融合新技術(shù)，推動(dòng)了移動(dòng)機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)在多個(gè)層面的持續(xù)演進(jìn)。以下重要發(fā)展趨勢驅(qū)動(dòng)著處理、電源、傳感器以及通信領(lǐng)域的革新。
邊緣處理
Arm?于20年前發(fā)布了Cortex?-M系列，而基于該系列產(chǎn)品的第一款微控制器在兩年后進(jìn)入市場?；贏rm Cortex的微控制器憑借低功耗運(yùn)行、卓越的性能以及創(chuàng)新外設(shè)等廣泛的功能，正推動(dòng)行業(yè)向前發(fā)展。
恩智浦最新的通用MCU MCX N系列是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的前沿產(chǎn)品。這些微控制器將神經(jīng)處理單元(NPU)整合至微控制器級別，從而助力機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)加速。eIQ? Neutron NPU為各類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)大支持，包括CNN、RNN、TCN、變壓器網(wǎng)絡(luò)等，為行業(yè)開辟了新的可能性。
隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，邊緣計(jì)算的能力也在不斷提升。恩智浦的新i.MX 9系列微處理器就是一個(gè)典范，它不僅集成了eIQ Neutron NPU，還搭載了一系列強(qiáng)大的外設(shè)。在汽車和工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，功能安全已成為核心考慮要素?；诠δ馨踩?FuSa)原則設(shè)計(jì)的微處理器，能夠確保機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠。
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電源
氮化鎵(GaN)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，以其卓越的高性能和能效提升，已經(jīng)在電力電子領(lǐng)域引發(fā)了一場革命性的變革。
移動(dòng)機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器正變得更加小巧高效，這不僅延長了電池使用壽命，還降低了熱管理需求。
GaN在開關(guān)式功率轉(zhuǎn)換器中同樣大放異彩，其器件的迅速開關(guān)能力有助于提升電源轉(zhuǎn)換器頻率，工程師能夠設(shè)計(jì)出體積更小、成本更低的電感和電容。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器開發(fā)套件
一批激動(dòng)人心的電池化學(xué)材料逐步進(jìn)入市場，并迅速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。盡管鋰聚合物電池在電源密度方面仍占據(jù)領(lǐng)先地位，但新興的電池技術(shù)在其他關(guān)鍵領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。鈉離子電池雖然在能量密度上可能不及鋰電池，但它基于天然金屬，資源更豐富。鋰資源的劣勢在于分布不均、成本高昂、對環(huán)境影響較大。而鈉資源在海水中廣泛存在，易于獲取。鈉離子電池不需要使用鈷、鎳或銅便可形成偏鐵酸鈉等化學(xué)物質(zhì)，這不僅降低了成本，還提高了材料的可獲得性。目前，主流電池廠商正投入巨資提升鈉離子電池的產(chǎn)能，這將有助于降低電池的成本，進(jìn)一步減少移動(dòng)機(jī)器人的制造成本，并為那些對體積能量密度要求不高的應(yīng)用提供更長的運(yùn)行時(shí)間。
傳感器
眾多移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)極度依賴視覺技術(shù)。如前所述，配備了NPU的微控制器和微處理器支持圖像實(shí)時(shí)推理和分類，極大地增強(qiáng)了機(jī)器人對周圍環(huán)境的感知能力。
移動(dòng)機(jī)器人與機(jī)器視覺
GaN器件產(chǎn)生的超快脈沖為激光雷達(dá)帶來了更迅速、分辨率更高的3D深度映射能力。伴隨著同步定位與映射(SLAM)算法的不斷進(jìn)步，機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)正迎來巨大的飛躍。此外，工程師們正將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于3D數(shù)據(jù)處理中，以提升機(jī)器人的感知及決策水平。
隨著機(jī)器人對環(huán)境的態(tài)勢感知能力增強(qiáng)，其在非受限環(huán)境中的自主性和操作能力也將得到顯著提升。
通信與連接
在移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展旅程中，通信和連接技術(shù)扮演了不可或缺的角色。得益于無線技術(shù)的最新進(jìn)展，機(jī)器人如今能夠與其他設(shè)備、系統(tǒng)乃至人類實(shí)現(xiàn)無縫的通信。集成了Wi-Fi、藍(lán)牙和5G網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人，不僅能夠遠(yuǎn)程操控，還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和無線更新，這大大提升了它們的靈活性和適應(yīng)力。
5G網(wǎng)絡(luò)具有低延遲和高帶寬，在全球范圍內(nèi)得到了快速推廣。這項(xiàng)技術(shù)為移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展開辟了新天地。機(jī)器人現(xiàn)在可以依托云計(jì)算，不僅能完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和決策等資源密集型任務(wù)，還能保持實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和群體機(jī)器人技術(shù)正在徹底革新多機(jī)器人之間的協(xié)作方式。通過構(gòu)建臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信和協(xié)調(diào)，共享信息和任務(wù)，以達(dá)成共同的目標(biāo)。這種能力讓機(jī)器人群體能夠在多種場景下部署，包括搜救、環(huán)境監(jiān)測和大規(guī)模物流等。
同時(shí)，采用MQTT和CoAP等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的機(jī)器人，進(jìn)一步加強(qiáng)了與其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的集成。
開創(chuàng)未來：移動(dòng)機(jī)器人引領(lǐng)創(chuàng)新之路
在邊緣處理、電源、傳感器和通信技術(shù)創(chuàng)新的強(qiáng)勁推動(dòng)下，移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正迅猛發(fā)展。微控制器和微處理器中添加神經(jīng)處理單元，GaN器件實(shí)現(xiàn)突破以及新興電池化學(xué)材料的應(yīng)用，正將移動(dòng)機(jī)器人推向更高的能效、智能化和自主性。
同時(shí)，視覺系統(tǒng)的升級、SLAM算法的精進(jìn)以及無線連接技術(shù)的進(jìn)步，都極大地提升了機(jī)器人對環(huán)境的感知和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。這些趨勢不斷深入影響行業(yè)，我們預(yù)見移動(dòng)機(jī)器人將變得更加通用、適應(yīng)性更強(qiáng)，并融入我們生活的方方面面，從根本上重塑行業(yè)格局，改變我們的生活和工作方式。
作者：
Altaf Hussain
恩智浦半導(dǎo)體運(yùn)輸與移動(dòng)細(xì)分市場市場總監(jiān)
Altaf在企業(yè)、服務(wù)提供商和工業(yè)應(yīng)用的應(yīng)用工程、產(chǎn)品營銷和業(yè)務(wù)開拓方面擁有30多年的經(jīng)驗(yàn)。他目前擔(dān)任恩智浦運(yùn)輸與移動(dòng)部門的負(fù)責(zé)人，該部門專注于移動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器視覺和倉庫物流自動(dòng)化領(lǐng)域。Altaf致力于制定系統(tǒng)解決方案，幫助客戶借助自主移動(dòng)機(jī)器人加速自動(dòng)化進(jìn)程。他擁有英國倫敦南岸大學(xué)的電氣與電子工程學(xué)士學(xué)位。
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