機器人新紀元：邊緣處理、電源、傳感器與通信突破

隨著傳感器和電子器件技術(shù)的突飛猛進，移動機器人領(lǐng)域正在快速發(fā)展。工程師們通過融合新技術(shù)，推動了移動機器人生態(tài)系統(tǒng)在多個層面的持續(xù)演進。以下重要發(fā)展趨勢驅(qū)動著處理、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入市場?；贏rm Cortex的微控制器憑借低功耗運行、卓越的性能以及創(chuàng)新外設(shè)等廣泛的功能，正推動行業(yè)向前發(fā)展。

恩智浦基于雙核Cortex-M33的新MCX N系列MCU

恩智浦最新的通用MCU MCX N系列是移動機器人領(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典范，它不僅集成了eIQ Neutron NPU，還搭載了一系列強大的外設(shè)。在汽車和工業(yè)移動機器人領(lǐng)域，功能安全已成為核心考慮要素?；诠δ馨踩?FuSa)原則設(shè)計的微處理器，能夠確保機器人系統(tǒng)的運行更加安全可靠。

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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。

移動機器人的電機驅(qū)動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)計出體積更小、成本更低的電感和電容。

電機驅(qū)動器開發(fā)套件

一批激動人心的電池化學(xué)材料逐步進入市場，并迅速實現(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，進一步減少移動機器人的制造成本，并為那些對體積能量密度要求不高的應(yīng)用提供更長的運行時間。

傳感器

眾多移動機器人平臺極度依賴視覺技術(shù)。如前所述，配備了NPU的微控制器和微處理器支持圖像實時推理和分類，極大地增強了機器人對周圍環(huán)境的感知能力。

移動機器人與機器視覺

GaN器件產(chǎn)生的超快脈沖為激光雷達帶來了更迅速、分辨率更高的3D深度映射能力。伴隨著同步定位與映射(SLAM)算法的不斷進步，機器人導(dǎo)航系統(tǒng)正迎來巨大的飛躍。此外，工程師們正將機器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于3D數(shù)據(jù)處理中，以提升機器人的感知及決策水平。

隨著機器人對環(huán)境的態(tài)勢感知能力增強，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

在移動機器人的發(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)的最新進展，機器人如今能夠與其他設(shè)備、系統(tǒng)乃至人類實現(xiàn)無縫的通信。集成了Wi-Fi、藍牙和5G網(wǎng)絡(luò)的機器人，不僅能夠遠程操控，還能實現(xiàn)實時數(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。這項技術(shù)為移動機器人技術(shù)的發(fā)展開辟了新天地。機器人現(xiàn)在可以依托云計算，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)，還能保持實時響應(yīng)能力。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和群體機器人技術(shù)正在徹底革新多機器人之間的協(xié)作方式。通過構(gòu)建臨時網(wǎng)絡(luò)，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信和協(xié)調(diào)，共享信息和任務(wù)，以達成共同的目標。這種能力讓機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，采用MQTT和CoAP等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的機器人，進一步加強了與其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的集成。

開創(chuàng)未來：移動機器人引領(lǐng)創(chuàng)新之路

在邊緣處理、電源、傳感器和通信技術(shù)創(chuàng)新的強勁推動下，移動機器人產(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器件實現(xiàn)突破以及新興電池化學(xué)材料的應(yīng)用，正將移動機器人推向更高的能效、智能化和自主性。

同時，視覺系統(tǒng)的升級、SLAM算法的精進以及無線連接技術(shù)的進步，都極大地提升了機器人對環(huán)境的感知和團隊協(xié)作的能力。這些趨勢不斷深入影響行業(yè)，我們預(yù)見移動機器人將變得更加通用、適應(yīng)性更強，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)體運輸與移動細分市場市場總監(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。他目前擔任恩智浦運輸與移動部門的負責(zé)人，該部門專注于移動機器人、機器視覺和倉庫物流自動化領(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機器人加速自動化進程。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。