本次專題由 DigiKey 技術(shù)營(yíng)銷工程師 Shawn Luke 與 onsemi 營(yíng)銷經(jīng)理 Bob Card、onsemi 工業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展與解決方案負(fù)責(zé)人 Kersjes 以問(wèn)答的形式展開(kāi)探討機(jī)器人技術(shù)與物理 AI 系統(tǒng)——即嵌入現(xiàn)實(shí)世界的 AI 的融合，聚焦自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 如何在工業(yè)與商業(yè)領(lǐng)域掀起一場(chǎng)革命。 

     自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 依賴于多種傳感器，如激光雷達(dá) (LiDAR）、攝像頭和超聲波探測(cè)器，以提升安全性、提高生產(chǎn)效率并在復(fù)雜環(huán)境中高效運(yùn)行。在本次談話中，將對(duì)比自動(dòng)駕駛汽車行業(yè)，重點(diǎn)闡述 AMR 如何運(yùn)用類似技術(shù)與原理（包括同時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)——SLAM），來(lái)生成精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)地圖并實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行自定位。此次討論還將強(qiáng)調(diào)，AMR 最初僅限于可控的室內(nèi)環(huán)境，但隨著傳感器集成、邊緣計(jì)算和 AI 技術(shù)的進(jìn)步，這類機(jī)器人正越來(lái)越多地適應(yīng)于戶外和不可預(yù)測(cè)的環(huán)境。隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，AMR 有望在物流、制造、農(nóng)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)等領(lǐng)域成為自主性和適應(yīng)性更強(qiáng)，且不可或缺的解決方案。

Shawn Luke：對(duì)于當(dāng)今更智能的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，需要考慮哪些設(shè)計(jì)因素？ 

     Bob Card 和 Theo Kersjes：工業(yè)機(jī)器人已有數(shù)十年的發(fā)展歷史，在其發(fā)揮中作用的領(lǐng)域堪稱經(jīng)驗(yàn)豐富的老手，但在倉(cāng)庫(kù)、工廠等環(huán)境中與人類協(xié)同工作時(shí)可能對(duì)人類構(gòu)成安全威脅。工業(yè)機(jī)器人并非為了在環(huán)境中自由移動(dòng)而設(shè)計(jì)，在作業(yè)環(huán)境充滿變化時(shí)尤其如此。為此，更智能的機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，以確保人類與機(jī)器人協(xié)同工作時(shí)保持肢體協(xié)調(diào)。 

     借助包括超聲波、圖像、LiDAR、雷達(dá)等在內(nèi)的眾多傳感器，機(jī)器人算法能夠處理環(huán)境信息并進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)航，同時(shí)將保障人類安全置于首位。機(jī)器人能夠協(xié)助解決人類無(wú)法處理的問(wèn)題，例如搬運(yùn)汽車或大型設(shè)備，以及完成存在安全隱患或高度重復(fù)性的工作。更智能的機(jī)器人的靈活性更高，能夠完成更多的任務(wù)，并且得益于傳感器，它們能夠借助物理 AI 與機(jī)器人技術(shù)的融合，完成更廣泛的任務(wù)。

Luke：AMR 與汽車機(jī)器人技術(shù)有何相似之處？

     Card 和 Kersjes： AMR 與自動(dòng)駕駛汽車在內(nèi)部通信系統(tǒng)方面最為相似。傳統(tǒng)上，機(jī)器人采用 CAN（控制器局域網(wǎng)），這是一種基于兩線制的多點(diǎn)通信協(xié)議。但是，onsemi 在新技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，推出了 10BASE-T1S 技術(shù)，這是一種基于以太網(wǎng)的多點(diǎn)通信協(xié)議，同樣采用兩線制非屏蔽雙絞線。

10BASE-T1S 相較于 CAN 的主要優(yōu)勢(shì)：

?更高的數(shù)據(jù)傳輸速率：10BASE-T1S 的傳輸速率為 10 Mbps，而標(biāo)準(zhǔn) CAN 在理想條件下為 2 Mbps，CAN-FD 為 5 Mbps。

?簡(jiǎn)化布線并減輕重量：這對(duì)緊湊型、移動(dòng)式系統(tǒng)至關(guān)重要，如 AMR。

?無(wú)需網(wǎng)關(guān)：避免了在 CAN 和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行橋接。

這一創(chuàng)新與汽車和機(jī)器人領(lǐng)域的更廣泛趨勢(shì)相契合，即向區(qū)域化架構(gòu)和通信技術(shù)融合方向發(fā)展，其中 10BASE-T1S 有望在這兩個(gè)領(lǐng)域取代 CAN。 

onsemi 提供兩款 10BASE-T1S 控制器，  分別為 NCN26010 （MAC 和 PHY） 和 NCN26000（僅 PHY），兩者均完全符合 IEEE802.3cg 規(guī)范，并支持 onsemi 的 ENI（增強(qiáng)型抗噪功能）功能。該技術(shù)可拓展單段 10BASE-T1S——在 25 米線纜支持 40 個(gè)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn) 50 米線纜連接 16 個(gè)節(jié)點(diǎn)，或者 60 米線纜連接 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

這也進(jìn)一步印證了先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的演進(jìn)趨勢(shì)——曾專屬于數(shù)據(jù)中心的技術(shù)，現(xiàn)已延伸至機(jī)器人領(lǐng)域的邊緣設(shè)備，并依托 NVIDIA Jetson 和其他嵌入式處理器獲得了強(qiáng)大的算力。這標(biāo)志著該領(lǐng)域的一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，機(jī)器人技術(shù)與汽車解決方案之間存在著顯著的交叉與融合。

Luke：AMR 的下一步發(fā)展方向是什么？ 

Card 和 Kersjes： 傳感器的高動(dòng)態(tài)范圍性能已獲得了顯著提升，這使得配備傳感器的機(jī)器人在非可控環(huán)境中也能更高效地工作，如農(nóng)業(yè)、戶外配送機(jī)器人等。力反饋傳感器、旋轉(zhuǎn)位置傳感器和濕度傳感器能夠更好地適應(yīng)環(huán)境變化，并完成如采摘漿果等更精細(xì)的任務(wù)。

     NCS32100 感應(yīng)式位置傳感器 (IPS) 是一種非接觸式絕對(duì)旋轉(zhuǎn)位置傳感器，其工作精度為 +50 弧秒或更高，轉(zhuǎn)速范圍可達(dá) 6,000 RPM（轉(zhuǎn)每分鐘），最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 45,000 RPM（精度降低）。onsemi 提供免費(fèi)在線 PCB 設(shè)計(jì)工具，可幫助用戶快速完成轉(zhuǎn)子和定子 PCB 的設(shè)計(jì)。這有助于制造高性價(jià)比、高精度編碼器解決方案，從而滿足最嚴(yán)苛的機(jī)器人應(yīng)用需求。 

     在減輕人類不愿從事的危險(xiǎn)、單調(diào)或令人不快的任務(wù)方面，機(jī)器人也有著巨大的潛力，無(wú)論是工業(yè)領(lǐng)域還是居家生活，例如清理排水溝或粉刷房屋。 

     自動(dòng)駕駛叉車已成為工業(yè)環(huán)境中的安全必備品。美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局 (OSHA) 的數(shù)據(jù)顯示，僅在美國(guó)，每年就有約 35,000 起叉車操作員事故發(fā)生。此外，該崗位的員工流動(dòng)率高達(dá) 40%，因此引入機(jī)器人來(lái)執(zhí)行此類任務(wù)可以提升倉(cāng)庫(kù)的總體安全性。

Luke：您能詳細(xì)介紹一下同時(shí)定位與地圖構(gòu)建 (SLAM) 技術(shù)及其工作原理嗎？

     Card 和 Kersjes： SLAM 技術(shù)在倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人應(yīng)用中的實(shí)施流程為：首先基于倉(cāng)庫(kù)虛擬模型進(jìn)行環(huán)境預(yù)學(xué)習(xí)，機(jī)器人通過(guò)不斷地試錯(cuò)訓(xùn)練掌握空間導(dǎo)航能力；完成部署后，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的機(jī)器人會(huì)持續(xù)更新環(huán)境地圖，甚至具備規(guī)避動(dòng)態(tài)障礙物的能力，如相同環(huán)境下的其他機(jī)器人。

     在汽車制造領(lǐng)域，這一概念被稱為“原型驗(yàn)證車”。AMR 車輛在首次遇到道路或新的障礙物時(shí)，必須通過(guò)環(huán)境學(xué)習(xí)獲取經(jīng)驗(yàn)，并將這些經(jīng)驗(yàn)反饋至網(wǎng)絡(luò)，以便其他 AMR 車輛學(xué)習(xí)并更新地圖。

     移動(dòng)機(jī)器人操作系統(tǒng)通過(guò)一種稱為 HoloScan 的技術(shù)集成傳感器。該技術(shù)可在如圖像傳感器等高分辨率或高帶寬傳感器與機(jī)器人之間建立快速交互，將機(jī)器人的視覺(jué)信息接復(fù)制到其存儲(chǔ)器中進(jìn)行處理。這一功能對(duì)于如遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用具有決定性意義，當(dāng)醫(yī)生遠(yuǎn)程操控機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t和帶寬將直接決定手術(shù)的成敗。 

     現(xiàn)代機(jī)器人可以采用兩種截然不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制與決策，分別被稱為“系統(tǒng) 1”和“系統(tǒng) 2”，這兩種方法對(duì)應(yīng)于控制與認(rèn)知過(guò)程的不同層次或方法。這與人類認(rèn)知系統(tǒng)類似。在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域，系統(tǒng) 1 的特征是反應(yīng)敏捷，且往往會(huì)表現(xiàn)出預(yù)先編程的行為，類似于人類的本能反應(yīng)。另一方面，系統(tǒng) 2 則涉及更刻意、更具分析性且可能更緩慢的決策過(guò)程，需要更復(fù)雜的計(jì)算和推理。系統(tǒng) 2 還利用 AI 和符號(hào)推理來(lái)完成更復(fù)雜和更高層次的任務(wù)。這兩種類型對(duì)于機(jī)器人在人類周圍安全地自主運(yùn)行都至關(guān)重要。 

Luke：您認(rèn)為哪些類型的機(jī)器人技術(shù)最引人注目？

     Card 和 Kersjes：在各種評(píng)估板和客戶產(chǎn)品中，我們會(huì)看到圖像處理的核心技術(shù)是攝像頭。對(duì)于 AMR 來(lái)說(shuō)，傳感器布局是關(guān)鍵。例如，當(dāng)視線被阻擋時(shí)（如被攜帶的物體遮擋），通常會(huì)在角落處布置傳感器陣列以實(shí)現(xiàn) 360° 全景視野。

     如電子保險(xiǎn)絲( e-fuse) 和柔性重置功能等技術(shù)，對(duì)于管理電源并實(shí)現(xiàn)更高級(jí)機(jī)器人功能是不可或缺的，例如在發(fā)生電源故障或?qū)Ш絾?wèn)題時(shí)的智能行為。

     電源管理在移動(dòng)機(jī)器人中尤為關(guān)鍵，因?yàn)檫@些機(jī)器人依賴電池組而非穩(wěn)定的 AC 電源供電。由于電池電壓可能波動(dòng)較大（例如，10 節(jié)電池組的電壓范圍為 30 – 42 V），因此高效的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器（如 FAN65000 系列轉(zhuǎn)換器）是不必不可少的組件。這些轉(zhuǎn)換器效率超過(guò) 95%，有助于為子系統(tǒng)維持多個(gè) DC 電源軌，且直接影響電池壽命和效率，從而延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。

     在 onsemi，我們致力于在數(shù)字環(huán)境中展示產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，例如通過(guò)最新的 Trench 10 高效 MOSFET 延長(zhǎng)電池壽命，其中的數(shù)字環(huán)境如  NVIDIA Omniverse Isaac Sim 等。我們的想法是，通過(guò)仿真機(jī)器人行為（如沿特定路徑行駛），將性能結(jié)果（如更長(zhǎng)的電池壽命）與底層硬件優(yōu)勢(shì)建立關(guān)聯(lián)。

     此外，人們還對(duì)以下做法表現(xiàn)出濃厚的興趣，即將組件集成到功能性機(jī)器人仿真和評(píng)估過(guò)程中，來(lái)展示組件的實(shí)際系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)（超越如脈沖和熱測(cè)試等實(shí)驗(yàn)室測(cè)試）。

     此外，該團(tuán)隊(duì)與多家擁有不同微控制器平臺(tái)的渠道合作伙伴展開(kāi)合作。為此，機(jī)器人系統(tǒng)采用 Docker 容器進(jìn)行設(shè)計(jì)，使機(jī)器人操作系統(tǒng) (ROS) 能夠在不同硬件平臺(tái)上以便攜靈活的方式運(yùn)行。這些平臺(tái)包括 NVIDIA Jetson、D3 Embedded、Advantech、Renesas 和 AMD。

     這種方法使機(jī)器人軟件能夠輕松適配各種不同的合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)。

Luke：你認(rèn)為機(jī)器人技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向是什么？

     Card 和 Kersjes： 我們認(rèn)為 2025 年將是“機(jī)器人能夠證明自身能力的關(guān)鍵之年”，因?yàn)樵擃I(lǐng)域正涌現(xiàn)出許多日益成熟的創(chuàng)新技術(shù)。從間接飛行時(shí)間 (iToF) 攝像頭到物理 AI，前者通過(guò)分析調(diào)制光波從物體表面反射并返回傳感器的方式來(lái)測(cè)量攝像頭與物體的距離，后者能加速機(jī)器人的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過(guò)程。各種適用于不同應(yīng)用的傳感器技術(shù)，可確保機(jī)器人系統(tǒng)在不同的應(yīng)用中都能保持安全、高效，從而推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的使用和規(guī)模在未來(lái)幾年實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

     如需更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) 機(jī)器人應(yīng)用和技術(shù)頁(yè)面，或訪問(wèn) DigiKey.com 上的 onsemi 供應(yīng)商營(yíng)銷中心 。