深度：盤(pán)點(diǎn)芯片商瓜分工業(yè)機(jī)器人的“吃相”

　　晶片商與工業(yè)電腦廠(chǎng)正大舉搶攻機(jī)器手臂與機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算應(yīng)用商機(jī)。工業(yè)型機(jī)器人應(yīng)用前景看好，連帶讓機(jī)器人內(nèi)部控制元件的行情跟著看俏，包括MCU、DSP、FPGA、工控平臺(tái)等解決方案供應(yīng)商亦正大舉獻(xiàn)計(jì)，期許能順著工業(yè)智慧自動(dòng)化的潮流，大發(fā)工業(yè)機(jī)器人財(cái)。

　　工業(yè)型機(jī)器人需求掘起，可望帶動(dòng)龐

　　晶片商與工業(yè)電腦廠(chǎng)正大舉搶攻機(jī)器手臂與機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算應(yīng)用商機(jī)。工業(yè)型機(jī)器人應(yīng)用前景看好，連帶讓機(jī)器人內(nèi)部控制元件的行情跟著看俏，包括MCU、DSP、FPGA、工控平臺(tái)等解決方案供應(yīng)商亦正大舉獻(xiàn)計(jì)，期許能順著工業(yè)智慧自動(dòng)化的潮流，大發(fā)工業(yè)機(jī)器人財(cái)。

　　工業(yè)型機(jī)器人需求掘起，可望帶動(dòng)龐大市場(chǎng)商機(jī)。工業(yè)型機(jī)器人的核心能力在于智慧感測(cè)以及運(yùn)動(dòng)控制(Motion Control);而目前最普遍的工業(yè)型機(jī)器人樣態(tài)即是模仿人類(lèi)手臂的機(jī)器手臂。

　　機(jī)器手臂已開(kāi)始在智慧工廠(chǎng)的產(chǎn)線(xiàn)上發(fā)揮重要功能，成為智慧製造中不可或缺的要角。機(jī)器手臂可取代人工進(jìn)行焊接、涂裝及裝配等流程，達(dá)到更經(jīng)濟(jì)、快速和準(zhǔn)確完成標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)作業(yè);而隨著機(jī)器手臂日益受到重視，在機(jī)器手臂馬達(dá)控制中擔(dān)當(dāng)重任的微控制器(MCU)，亦可望跟著受惠。

　　機(jī)器手臂馬達(dá)控制需求增　MCU業(yè)者迎利多

　　意法半導(dǎo)體(ST)大中華暨南亞區(qū)產(chǎn)品行銷(xiāo)經(jīng)理?xiàng)钫硎?，由于工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)上單一具機(jī)器人或是機(jī)器手臂，通常涉及多種運(yùn)作機(jī)制，彼此雖各司其職但也要互相協(xié)調(diào)，因此內(nèi)建于機(jī)器人中的控制器或處理器更是身負(fù)重任，可望搭上此波工業(yè)自動(dòng)化風(fēng)潮的順風(fēng)車(chē)快速成長(zhǎng)。

　　楊正廉進(jìn)一步指出，在多種控制器或處理器中，又以MCU的市場(chǎng)前景最為可期。他解釋?zhuān)m然MCU的處理效能比不上微處理器(MPU)、數(shù)位訊號(hào)處理器(DSP)或是現(xiàn)場(chǎng)可編程閘陣列(FPGA)等元件，不過(guò)由于目前智慧工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)上的機(jī)器人多以機(jī)器手臂為主，高精度、大型且完全擬真人的機(jī)器人還不普遍，而機(jī)器手臂注重的是馬達(dá)控制效能，因此已在馬達(dá)控制領(lǐng)域占有一席之地的MCU業(yè)者將最直接受惠。

　　據(jù)了解，機(jī)器人系統(tǒng)的自由度(Degrees of Freedom, DOF)高低取決于移動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)目，關(guān)節(jié)數(shù)愈多，自由度越高，位移精準(zhǔn)度也愈出色，然所須使用的馬達(dá)數(shù)量就相對(duì)較多;換言之，愈精密的工業(yè)型機(jī)器人，其內(nèi)建的馬達(dá)數(shù)量愈多，也意味著控制器或處理器的數(shù)量將相應(yīng)增加。

　　因此楊正廉表示，工業(yè)型機(jī)器人市場(chǎng)需求愈旺，對(duì)MCU業(yè)者來(lái)說(shuō)商機(jī)也愈大;以單支機(jī)器手臂為例，其內(nèi)建的控制器平均約有八成為MCU，剩下的才是MPU等高效能處理器。

　　為滿(mǎn)足機(jī)器人馬達(dá)控制應(yīng)用，MCU業(yè)者除須提供易開(kāi)發(fā)的嵌入式平臺(tái)、設(shè)計(jì)工具及通用軟體外，更要建立好MCU周邊完善的通訊環(huán)境，亦即MCU須能處理各種工業(yè)通訊協(xié)議，包括控制區(qū)域網(wǎng)路匯流排(CAN BUS)、通用序列匯流排(USB)、序列周邊介面匯流排(SPI)、乙太網(wǎng)路、無(wú)線(xiàn)區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)、藍(lán)牙(Bluetooth)等基本通訊。

　　另一方面，MCU運(yùn)算效能亦須與時(shí)俱進(jìn)。楊正廉指出，目前MCU的平均效能約介于80?100DMIPS之間，高階MCU則上看200DMIPS，而為了助力工業(yè)型機(jī)器人的控制效能、精準(zhǔn)度不斷提升，未來(lái)MCU業(yè)者的首要開(kāi)發(fā)目標(biāo)是將效能提升至300?400DMIPS，同時(shí)持續(xù)優(yōu)化周邊元件的性能，如將類(lèi)比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)從主流的12位元逐漸汰換成16位元;此外，也要戮力改善MCU對(duì)周邊開(kāi)發(fā)環(huán)境的IP支援。

　　值得注意的是，瞄準(zhǔn)機(jī)器手臂馬達(dá)控制應(yīng)用，DSP也開(kāi)始導(dǎo)入Cortex-M4核心。繼MCU廠(chǎng)大舉採(cǎi)用安謀國(guó)際(ARM)Cortex-M4核心后，亞德諾(ADI)與飛思卡爾(Freescale)等晶片業(yè)者，也競(jìng)相推出基于Cortex-M4核心的DSP解決方案，期利用ARM核心完整生態(tài)系統(tǒng)，加速馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商產(chǎn)品設(shè)計(jì)即上市時(shí)程，大舉搶攻馬達(dá)控制應(yīng)用商機(jī)。

　　借力Cortex核心　DSP商搶攻馬達(dá)控制商機(jī)

　　亞德諾臺(tái)灣區(qū)DSP/MCU產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理郭兆桁表示，隨著工業(yè)自動(dòng)化逐漸往智慧自動(dòng)化發(fā)展，產(chǎn)線(xiàn)上對(duì)于高效能且智慧化運(yùn)作的機(jī)器人需求日益迫切，因此該公司決定採(cǎi)用Cortex-M4核心開(kāi)發(fā)新的DSP方案，以實(shí)現(xiàn)更高精準(zhǔn)度的馬達(dá)控制，滿(mǎn)足機(jī)器人智動(dòng)化應(yīng)用。

　　郭兆桁進(jìn)一步指出，過(guò)去馬達(dá)控制大多是MCU業(yè)者的天下，然而隨著以Cortex-M4架構(gòu)開(kāi)發(fā)的DSP方案問(wèn)世，DSP將可擺脫高成本及限于高階影像運(yùn)算應(yīng)用的框架，跨足高階馬達(dá)控制市場(chǎng)，與MCU互爭(zhēng)地盤(pán)。

　　郭兆桁提到，選用Cortex-M4架構(gòu)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的主要因素，是考量到ARM生態(tài)系統(tǒng)完整性。他解釋?zhuān)^(guò)去DSP廠(chǎng)大多是以自行開(kāi)發(fā)的核心架構(gòu)為基礎(chǔ);然而，若要跨足MCU應(yīng)用大本營(yíng)，也就是馬達(dá)控制市場(chǎng)，則須選用軟體架構(gòu)、開(kāi)發(fā)平臺(tái)都較為完整，且元件相容性較高的ARM架構(gòu)，較易吸引機(jī)器人馬達(dá)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的青睞。

　　據(jù)了解，亞德諾的混合訊號(hào)處理器--ADSP-CM40x，即搭載一顆240MHz Cortex-M4處理器核心，且為業(yè)界首款嵌入雙通道16位元ADC的DSP。郭兆桁強(qiáng)調(diào)，亞德諾分別採(cǎi)用65奈米與0.25微米製程生產(chǎn)DSP處理器核心與ADC，使每個(gè)元件的效能得以發(fā)揮到極大值，并借力SINC濾波器，使其可直接採(cǎi)用分流電阻式電流檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)中的隔離式Σ-Δ型調(diào)變器，因此可大幅提升馬達(dá)控制效率。

　　飛思卡爾(Freescale)微控制器高級(jí)系統(tǒng)工程師施長(zhǎng)浩進(jìn)一步指出，事實(shí)上，不論嵌入式處理器效能多麼強(qiáng)大，單顆的MCU或DSP方案都已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)型領(lǐng)域的客戶(hù)，目前的趨勢(shì)是應(yīng)用處理器(AP)和MCU協(xié)同工作，或是MCU整合DSP的方案，以此提供智慧自動(dòng)化所需要的運(yùn)算效能、人機(jī)介面應(yīng)用和各種即時(shí)運(yùn)算。因此飛思卡爾系選擇擴(kuò)展ARM架構(gòu)嵌入式處理器產(chǎn)品線(xiàn)，在各平臺(tái)全面導(dǎo)入ARM核心，搶攻馬達(dá)控制、人機(jī)介面、機(jī)器視覺(jué)等工業(yè)型機(jī)器人商機(jī)。

　　目前，飛思卡爾開(kāi)發(fā)的ARM產(chǎn)品線(xiàn)，包含從最低階的Kinetis MCU(基于Cortex-M0+/M4核心)，到鎖定即時(shí)運(yùn)算和人機(jī)介面應(yīng)用的Vybrid處理器(基于Cortex-A5+M4核心)，直到同時(shí)整合繪圖處理器(GPU)、影像處理器(IPU)，可替代獨(dú)立DSP與加速處理器(APU)，且滿(mǎn)足機(jī)器視覺(jué)(Machine Vision)運(yùn)算需求的高階i.MX應(yīng)用處理器(基于Cortex-A9核心)，可為開(kāi)發(fā)商提供一站式解決方案。

　　在馬達(dá)控制方面，飛思卡爾則推出Kinetis E系列、V系列以及DSC系列產(chǎn)品，全面涵蓋各類(lèi)馬達(dá)控制應(yīng)用。

　　除了嵌入式處理器廠(chǎng)商之外，F(xiàn)PGA廠(chǎng)也將大啖機(jī)器手臂馬達(dá)控制商機(jī)。FPGA業(yè)者正積極挾高效能、高靈活性與擴(kuò)展性的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，搶攻機(jī)器手臂多軸化引發(fā)的馬達(dá)控制商機(jī)，助力機(jī)器手臂達(dá)到完全擬人的效果，并降低生產(chǎn)成本及提高作業(yè)效率。

　　挾高效能優(yōu)勢(shì)　FPGA滿(mǎn)足機(jī)器手臂多軸化設(shè)計(jì)

　　賽靈思(Xilinx)亞太區(qū)Zynq業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理羅霖表示，因應(yīng)工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)精密化，目前生產(chǎn)線(xiàn)上的機(jī)器手臂有朝向多軸化發(fā)展的趨勢(shì)，這是為了讓機(jī)器手臂能完全替代人類(lèi)手臂，以執(zhí)行多種精密、複雜的擬人動(dòng)作，如此一來(lái)還可將過(guò)去須要透過(guò)多道不同運(yùn)動(dòng)控制類(lèi)型的機(jī)器手臂產(chǎn)線(xiàn)轉(zhuǎn)為合併成單一產(chǎn)線(xiàn)，降低生產(chǎn)成本及提高工廠(chǎng)作業(yè)效率。 為了迎合機(jī)器手臂的多軸化發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)器手臂內(nèi)建的馬達(dá)數(shù)量及軸數(shù)都必須增加，當(dāng)其中一個(gè)馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)到特定角度時(shí)，與其同處一個(gè)連動(dòng)系統(tǒng)的馬達(dá)軸也須旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)的正確角度，且不同系統(tǒng)之間的搭配協(xié)調(diào)也至關(guān)重要;因此羅霖指出，相較于只能在單一節(jié)點(diǎn)上運(yùn)作的MCU，F(xiàn)PGA的擴(kuò)展性及運(yùn)作效能將更能應(yīng)付設(shè)計(jì)日趨複雜的多軸馬達(dá)運(yùn)算需求。

　　羅霖進(jìn)一步分析，F(xiàn)PGA在同一機(jī)器手臂內(nèi)，針對(duì)低、中、高階內(nèi)部系統(tǒng)皆能提供開(kāi)發(fā)商一致的擴(kuò)展性和靈活性;如開(kāi)發(fā)商可選擇在各個(gè)分散式控制的小型節(jié)點(diǎn)中都內(nèi)建FPGA，也可選擇在大型節(jié)點(diǎn)中置入效能更為強(qiáng)大的FPGA系統(tǒng)單晶片(SoC)，以單一顆FPGA SoC就能完成機(jī)器手臂整體的多軸馬達(dá)控制。 以馬達(dá)控制的核心--電流環(huán)為例，若以低階的DSP來(lái)做為馬達(dá)控制核心，則系統(tǒng)平均約須200微秒(μs)來(lái)啟動(dòng)電流環(huán)運(yùn)作;不過(guò)若是透過(guò)FPGA則僅須耗時(shí)約50微秒，可大幅降低馬達(dá)反應(yīng)時(shí)間及提高運(yùn)作速度。羅霖強(qiáng)調(diào)，透過(guò)FPGA控制可將電流環(huán)的驅(qū)動(dòng)反應(yīng)時(shí)間縮短，加快系統(tǒng)運(yùn)作速度，此將更有利于多軸馬達(dá)的操作。

　　另一方面，目前工控領(lǐng)域各種標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)定百家爭(zhēng)鳴，且仍持續(xù)汰換升級(jí)，因此一般的特定應(yīng)用積體電路(ASIC)及特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)將難以提供系統(tǒng)商靈活的開(kāi)發(fā)平臺(tái);反之，F(xiàn)PGA則能為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商提供高彈性、高擴(kuò)展性的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

　　值得注意的是，近來(lái)FPGA元件商積極發(fā)展的FPGA SoC產(chǎn)品，也在工控領(lǐng)域大有斬獲。由于工業(yè)領(lǐng)域具有垂直封閉的特色，各種協(xié)定、軟體支援常?；ゲ幌嗳?，此時(shí)，單純的硬體整合方案，如FPGA SoC，對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)反而極具優(yōu)勢(shì)。因此，賽靈思也將其打造的All Programmable Zynq-7000 SoC視為進(jìn)軍工業(yè)智慧自動(dòng)化領(lǐng)域的重要武器。

　　賽靈思日前更于2014年嵌入式電子與工業(yè)電腦應(yīng)用展(Embedded World 2014)中，為其FPGA SoC下一代產(chǎn)品線(xiàn)--Zynq UltraScale MPSoC，發(fā)布新一代採(cǎi)用臺(tái)積電16奈米鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)製程的UltraScale多元處理(Multi-Processing, MP)架構(gòu)。

　　據(jù)了解，賽靈思All Programmable MPSoC架構(gòu)可為處理器提供32到64位元的擴(kuò)充能力，并可支援虛擬化應(yīng)用，結(jié)合軟硬體引擎進(jìn)行即時(shí)控制和圖像/影像處理、波形與封包處理、新一代的一致性互聯(lián)和記憶體、高階電源管理，以及可提供多層防護(hù)、安全性和可靠度的加強(qiáng)技術(shù)。

　　羅霖補(bǔ)充，具備強(qiáng)大平行運(yùn)算功能的FPGA，不只能應(yīng)付多軸機(jī)器手臂的需求，亦能實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)高彈性的靈活配置。

　　另一方面，為了不讓FPGA廠(chǎng)商通吃機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用大餅，DSP廠(chǎng)商亦正設(shè)法提高元件的設(shè)計(jì)彈性。

　　DSP結(jié)合PRU　機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)擴(kuò)充性大增

　　由于工業(yè)控制環(huán)境須支援多種複雜的通訊協(xié)議，因此為了讓機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可彈性擴(kuò)充，以支援不同類(lèi)型的通訊介面，德州儀器(TI)研發(fā)出可編程即時(shí)元件(Programmable Real-time Unit, PRU)整合數(shù)位訊號(hào)處理器DSP的新方案，藉此建立完善的可編程環(huán)境，提高機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性。

　　德州儀器半導(dǎo)體行銷(xiāo)應(yīng)用協(xié)理暨資深科技委員會(huì)委員鄭曜庭表示，瞄準(zhǔn)機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算商機(jī)，各類(lèi)嵌入式處理器供應(yīng)商正積極展開(kāi)布局;而在各種嵌入式處理器中，又以?xún)?nèi)建DSP的SoC方案，最適合用來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

　　鄭曜庭進(jìn)一步分析，以MCU為例，雖然安謀國(guó)際Cortex-M4架構(gòu)已經(jīng)內(nèi)建浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)，不過(guò)Cortex-M4 MCU仍只能實(shí)現(xiàn)低階影像訊號(hào)處理，如指紋辨識(shí)影像分析，因此并不適用于要求高精準(zhǔn)度影像運(yùn)算的工業(yè)控制領(lǐng)域;而以傳統(tǒng)x86架構(gòu)開(kāi)發(fā)而成的工業(yè)電腦(Industrial PC, IPC)平臺(tái)，雖然開(kāi)發(fā)環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)、軟硬體支援等都較為成熟，但x86 IPC對(duì)于機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算系統(tǒng)而言，功耗及成本負(fù)擔(dān)始終是個(gè)疑慮。相較而言，DSP在性能及成本考量上都較為適宜，不論是單顆DSP，抑或是內(nèi)嵌多核心DSP及中央處理器(CPU)的SoC方案，皆適于用來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器視覺(jué)的主、次系統(tǒng)。

　　除看重影像訊號(hào)分析及處理效能外，嵌入式處理器亦須盡可能支援各種工業(yè)用通訊介面。鄭曜庭指出，智慧型嵌入式系統(tǒng)最主要的構(gòu)成要件有「3C」，也就是運(yùn)算(Computing)、連結(jié)(Connectivity)和云端(Cloud)，三者缺一不可;而有鑑于工控領(lǐng)域須應(yīng)付多種工規(guī)等級(jí)的複雜通訊協(xié)定，如EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link IE、MECHATROLINK、Modbus TCP、PROFINET或是PowerLink等，因此通訊連結(jié)的支援更是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)。

　　為了避免因同時(shí)支援所有通訊周邊，導(dǎo)致DSP元件尺寸過(guò)大、功耗及成本過(guò)高，DSP廠(chǎng)商通常會(huì)選擇開(kāi)發(fā)支援不同通訊介面的多種組合方案;不過(guò)，如此一來(lái)，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)彈性也就相應(yīng)受限，許多系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商也因而轉(zhuǎn)用設(shè)計(jì)彈性較高的FPGA方案。

　　有鑑于此，德州儀器便在DSP SoC中，加入PRU區(qū)塊，用以補(bǔ)足處理器未能提供的通訊輸入/輸出(I/O)接腳。鄭曜庭指出，PRU的高彈性有助于開(kāi)發(fā)人員在終端產(chǎn)品中整合更多的通訊介面，更重要的是，整合PRU的DSP能提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的設(shè)計(jì)彈性，讓DSP在通訊介面的支援上得以媲美FPGA方案。

　　據(jù)了解，為了應(yīng)付低階到高階的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，德州儀器在整合DSP的SoC產(chǎn)品線(xiàn)上亦多方布局，如在KeyStone系列中，其單一SoC上最多可整合八顆DSP以及二顆PRU，外加四個(gè)ARM架構(gòu)的CPU，用以滿(mǎn)足高階機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算，并提供高擴(kuò)展性的編程環(huán)境。

　　鄭曜庭認(rèn)為，目前在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)上，除了應(yīng)用較為成熟的機(jī)器手臂之外，影像的分析、運(yùn)算與處理也漸漸成為工廠(chǎng)智慧自動(dòng)化應(yīng)用中不可或缺的要素，包括自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(Automatic Optical Inspection, AOI)、嵌入式機(jī)器視覺(jué)等系統(tǒng)皆深具應(yīng)用潛力，尤其是機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算未來(lái)將可大幅簡(jiǎn)化生產(chǎn)線(xiàn)上的工作流程。

　　以印刷電路板(PCB)的表面黏著技術(shù)(Surface Mount Technology, SMT)為例，目前採(cǎi)用此技術(shù)的生產(chǎn)線(xiàn)，其運(yùn)作方式大多系藉由機(jī)器手臂來(lái)取代透過(guò)人力進(jìn)行通孔安裝的傳統(tǒng)方式;亦即，機(jī)器手臂可直接將電子零件黏貼在PCB表面，再經(jīng)由自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)掃描、分析、檢測(cè)半成品，最后透過(guò)可編程邏輯控制器(PLC)設(shè)計(jì)的產(chǎn)線(xiàn)分流機(jī)制，揀選不合格之產(chǎn)品，藉由上述重重機(jī)制把關(guān)產(chǎn)線(xiàn)良率;不過(guò)，若在產(chǎn)線(xiàn)上加入機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算功能，將可大幅簡(jiǎn)化產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)作流程設(shè)計(jì)，讓整條產(chǎn)線(xiàn)更加簡(jiǎn)單、智慧化。

　　值得注意的是，在智慧自動(dòng)化應(yīng)用中，運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺(jué)的整合是未來(lái)重要的發(fā)展趨勢(shì)，因此機(jī)器人需要功能更為全面的強(qiáng)大控制中樞，看準(zhǔn)此應(yīng)用前景，工業(yè)電腦大廠(chǎng)亦正挾其高效能的工控平臺(tái)搶攻此波商機(jī)。

　　運(yùn)動(dòng)控制整合視覺(jué)運(yùn)算成趨勢(shì)　IPC大廠(chǎng)爭(zhēng)搶機(jī)器人商機(jī)

　　凌華科技量測(cè)與自動(dòng)化產(chǎn)品事業(yè)處I/O平臺(tái)產(chǎn)品中心協(xié)理張晃華表示，雖然目前工業(yè)型機(jī)器人的樣態(tài)仍以單純的機(jī)器手臂為主，但在高階精密的工業(yè)領(lǐng)域中，機(jī)器人將朝向全人形演進(jìn)，并將同時(shí)整合多種感知與控制能力，如機(jī)器視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)控制等，以執(zhí)行更多樣且多工的任務(wù)。因此，未來(lái)機(jī)器人製造商在其所設(shè)計(jì)的機(jī)器人上同時(shí)開(kāi)發(fā)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與整合型機(jī)器手臂，將是未來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)。

　　不過(guò)，若要讓機(jī)器人同時(shí)具備機(jī)器視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)控制功能，光靠低階的嵌入式處理器恐難滿(mǎn)足此需求。張晃華進(jìn)一步解釋?zhuān)瑔尉蜋C(jī)器視覺(jué)運(yùn)算而言，內(nèi)部的控制平臺(tái)須具備高密度的平行運(yùn)算能力，一般ARM架構(gòu)嵌入式處理器的運(yùn)算能力，要應(yīng)付機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算系統(tǒng)就已相當(dāng)吃緊，遑論尚須同時(shí)進(jìn)行機(jī)器手臂運(yùn)動(dòng)控制，因此機(jī)器人開(kāi)發(fā)商將傾向借重?cái)U(kuò)充彈性較大的工業(yè)電腦平臺(tái)來(lái)達(dá)到此目標(biāo)。

　　張晃華提到，x86架構(gòu)的工業(yè)電腦、嵌入式無(wú)風(fēng)扇電腦與可擴(kuò)充式無(wú)風(fēng)扇電腦，無(wú)論在穩(wěn)定性及效能方面都深受工業(yè)領(lǐng)域的客戶(hù)肯定，這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于工作條件嚴(yán)苛的環(huán)境(高溫、雜塵多等)來(lái)說(shuō)尤其至關(guān)重要;而工業(yè)電腦亦可隨著生產(chǎn)線(xiàn)需求，自由擴(kuò)充各種運(yùn)動(dòng)控制、視覺(jué)運(yùn)算控制卡(Control Card)。

　　看準(zhǔn)工業(yè)型機(jī)器人應(yīng)用前景，工業(yè)電腦大廠(chǎng)亦正爭(zhēng)相競(jìng)逐此商機(jī)，如凌華推出的智慧型電腦應(yīng)用平臺(tái)(Application Ready Intelligent Platform, ARIP)，以及研華的「MVP (Motion, Vision, Platform)」平臺(tái)即是為此應(yīng)運(yùn)而生，期為智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)發(fā)商，提供各種整合運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器視覺(jué)運(yùn)算的應(yīng)用。

　　除提供硬體支援之外，工業(yè)電腦大廠(chǎng)亦開(kāi)始專(zhuān)為智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)編寫(xiě)應(yīng)用軟體，如凌華為其ARIP平臺(tái)添加了中介軟體、應(yīng)用程式介面(API)等附加資源，力求能最大幅度縮短機(jī)器人智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)時(shí)程。

　　設(shè)置完智動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)之后，仍須有人負(fù)責(zé)產(chǎn)線(xiàn)及工業(yè)型機(jī)器人的操作與控制，因此流暢的人機(jī)介面(Human Machine Interface, HMI)已成為工廠(chǎng)智慧自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的著力重點(diǎn)。有鑑于此，萊迪思(Lattice)近來(lái)即將人機(jī)介面解決方案視為該公司于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的重點(diǎn)布局方向，期能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的工控FPGA市場(chǎng)奪得一席之地。

　　瞄準(zhǔn)工業(yè)智動(dòng)化商機(jī)　萊迪思強(qiáng)攻人機(jī)介面應(yīng)用

　　萊迪思臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理李泰成表示，在各種自動(dòng)化設(shè)備引進(jìn)工廠(chǎng)之后，仍須要有作業(yè)員來(lái)照顧、監(jiān)視機(jī)臺(tái)運(yùn)作，因此人機(jī)介面在工廠(chǎng)智慧自動(dòng)化應(yīng)用中亦是另一重要課題;而隨著電機(jī)電子技術(shù)的發(fā)達(dá)，工廠(chǎng)內(nèi)的人機(jī)介面正不斷汰舊換新，如何設(shè)計(jì)出流暢的人機(jī)介面應(yīng)用，更是工業(yè)智動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商角力的重點(diǎn)。

　　瞄準(zhǔn)人機(jī)介面應(yīng)用商機(jī)，萊迪思亦正卯足全力偕同系統(tǒng)商開(kāi)發(fā)相關(guān)解決方案。李泰成提到，不同于其他兩家FPGA大廠(chǎng)--賽靈思及Altera，以28/20奈米FPGA進(jìn)軍高階工業(yè)控制領(lǐng)域，萊迪思選擇將目標(biāo)市場(chǎng)放在工控系統(tǒng)人機(jī)介面應(yīng)用，并持續(xù)于40奈米製程中穩(wěn)扎穩(wěn)打。

　　李泰成進(jìn)一步分析，因應(yīng)工業(yè)智慧自動(dòng)化風(fēng)潮興起，許多業(yè)者推出的自有產(chǎn)品往往會(huì)搭配自家的通訊協(xié)定，導(dǎo)致控制機(jī)臺(tái)主控端往往須支援多種通訊介面，才能與不同的系統(tǒng)完成溝通，不同的應(yīng)用又須擴(kuò)充各自的輸入/輸出接腳;而相較于MCU或是MPU方案，F(xiàn)PGA與生俱來(lái)的可編程優(yōu)勢(shì)使其能支援多種工業(yè)通訊協(xié)定，也讓FPGA成為用來(lái)擴(kuò)充人機(jī)介面通訊周邊的最佳方案。

　　據(jù)了解，萊迪思已于2014年德國(guó)紐倫堡舉辦的國(guó)際嵌入式電子與工業(yè)電腦應(yīng)用展上展示一系列人機(jī)介面解決方案，如人機(jī)介面單晶片(HMI on Chip, HOI)，即是完全基于萊迪思FPGA的單晶片人機(jī)介面應(yīng)用參考設(shè)計(jì)。

　　萊迪思策略行銷(xiāo)與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Kambiz Khalilian表示，萊迪思HOI方案最大的好處是帶來(lái)了可擴(kuò)展性、高階的圖像處理、快速的反應(yīng)時(shí)間和人機(jī)介面設(shè)計(jì)的方便性;不同于基于MCU的解決方案，萊迪思的人機(jī)介面解決方案系基于編輯器(Editor-based)，所以即使沒(méi)有程式設(shè)計(jì)或作業(yè)系統(tǒng)操作專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的工程師也能輕鬆上手。

　　至于目前工廠(chǎng)智慧自動(dòng)化人機(jī)介面的應(yīng)用前景，李泰成指出，智慧工廠(chǎng)內(nèi)的人機(jī)介面正從傳統(tǒng)的按鈕操作逐漸汰換為觸控螢?zāi)?他也預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)，觸控操作將成為工業(yè)領(lǐng)域中人機(jī)介面應(yīng)用的主流操控方式。

　　另一方面，除了操作方式的轉(zhuǎn)變外，智慧工廠(chǎng)內(nèi)的人機(jī)介面系統(tǒng)亦正逐漸邁向與前端系統(tǒng)整合的潮流，如操控機(jī)臺(tái)與監(jiān)控和資料擷取系統(tǒng)(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)的整合應(yīng)用，能讓生產(chǎn)線(xiàn)上的所有動(dòng)態(tài)資料能即時(shí)回傳至資料庫(kù)，可應(yīng)用于生產(chǎn)力分析、故障檢測(cè)/診斷，以及生產(chǎn)流程之優(yōu)化;而人機(jī)介面系統(tǒng)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)或企業(yè)資源管理系統(tǒng)(ERP)的整合，則能讓工廠(chǎng)內(nèi)的運(yùn)作與企業(yè)內(nèi)部資訊流通更為即時(shí)、無(wú)縫接軌。

　　顯而易見(jiàn)，隨著工業(yè)智慧自動(dòng)化風(fēng)潮興盛，亦將帶動(dòng)工業(yè)型機(jī)器人的商機(jī)蓬勃發(fā)展，晶片商、系統(tǒng)廠(chǎng)之間的角力大戰(zhàn)亦將全面引爆，無(wú)論是機(jī)器手臂、機(jī)器視覺(jué)，抑或是人機(jī)介面應(yīng)用，各個(gè)嵌入式處理器、FPGA、IPC廠(chǎng)商皆期盼能順勢(shì)搭上工業(yè)型機(jī)器人的順風(fēng)車(chē)，在工業(yè)智慧自動(dòng)化領(lǐng)域奪得一席之地。