本次專題由 DigiKey 技術(shù)營銷工程師 Shawn Luke 與 onsemi 營銷經(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 以問答的形式展開探討機(jī)器人技術(shù)與物理 AI 系統(tǒng)——即嵌入現(xiàn)實世界的 AI 的融合，聚焦自主移動機(jī)器人 (AMR) 如何在工業(yè)與商業(yè)領(lǐng)域掀起一場革命。 

     自主移動機(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)境中高效運行。在本次談話中，將對比自動駕駛汽車行業(yè)，重點闡述 AMR 如何運用類似技術(shù)與原理（包括同時定位與地圖構(gòu)建技術(shù)——SLAM），來生成精準(zhǔn)的實時地圖并實現(xiàn)在動態(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、邊緣計算和 AI 技術(shù)的進(jìn)步，這類機(jī)器人正越來越多地適應(yīng)于戶外和不可預(yù)測的環(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：對于當(dāng)今更智能的機(jī)器人來說，需要考慮哪些設(shè)計因素？ 

     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)驗豐富的老手，但在倉庫、工廠等環(huán)境中與人類協(xié)同工作時可能對人類構(gòu)成安全威脅。工業(yè)機(jī)器人并非為了在環(huán)境中自由移動而設(shè)計，在作業(yè)環(huán)境充滿變化時尤其如此。為此，更智能的機(jī)器人應(yīng)運而生，以確保人類與機(jī)器人協(xié)同工作時保持肢體協(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)助解決人類無法處理的問題，例如搬運汽車或大型設(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：

?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。

?簡化布線并減輕重量：這對緊湊型、移動式系統(tǒng)至關(guān)重要，如 AMR。

?無需網(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 個節(jié)點的基礎(chǔ)上，實現(xiàn) 50 米線纜連接 16 個節(jié)點，或者 60 米線纜連接 6 個節(jié)點。

這也進(jìn)一步印證了先進(jìn)計算技術(shù)的演進(jìn)趨勢——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)域的一個激動人心的時刻，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 提供免費在線 PCB 設(shè)計工具，可幫助用戶快速完成轉(zhuǎn)子和定子 PCB 的設(shè)計。這有助于制造高性價比、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、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。 

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

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

     Card 和 Kersjes： SLAM 技術(shù)在倉庫機(jī)器人應(yīng)用中的實施流程為：首先基于倉庫虛擬模型進(jìn)行環(huán)境預(yù)學(xué)習(xí)，機(jī)器人通過不斷地試錯訓(xùn)練掌握空間導(dǎo)航能力；完成部署后，經(jīng)過訓(xùn)練的機(jī)器人會持續(xù)更新環(huán)境地圖，甚至具備規(guī)避動態(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“原型驗證車”。AMR 車輛在首次遇到道路或新的障礙物時，必須通過環(huán)境學(xué)習(xí)獲取經(jīng)驗，并將這些經(jīng)驗反饋至網(wǎng)絡(luò)，以便其他 AMR 車輛學(xué)習(xí)并更新地圖。

     移動機(jī)器人操作系統(tǒng)通過一種稱為 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)器人的視覺信息接復(fù)制到其存儲器中進(jìn)行處理。這一功能對于如遠(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，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實現(xiàn)機(jī)器人控制與決策，分別被稱為“系統(tǒng) 1”和“系統(tǒng) 2”，這兩種方法對應(yīng)于控制與認(rèn)知過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程，需要更復(fù)雜的計算和推理。系統(tǒng) 2 還利用 AI 和符號推理來完成更復(fù)雜和更高層次的任務(wù)。這兩種類型對于機(jī)器人在人類周圍安全地自主運行都至關(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：在各種評估板和客戶產(chǎn)品中，我們會看到圖像處理的核心技術(shù)是攝像頭。對于 AMR 來說，傳感器布局是關(guān)鍵。例如，當(dāng)視線被阻擋時（如被攜帶的物體遮擋），通常會在角落處布置傳感器陣列以實現(xiàn) 360° 全景視野。

     如電子保險絲( e-fuse) 和柔性重置功能等技術(shù)，對于管理電源并實現(xiàn)更高級機(jī)器人功能是不可或缺的，例如在發(fā)生電源故障或?qū)Ш絾栴}時的智能行為。

     電源管理在移動機(jī)器人中尤為關(guān)鍵，因為這些機(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 95%，有助于為子系統(tǒng)維持多個 DC 電源軌，且直接影響電池壽命和效率，從而延長運行時間。

     在 onsemi，我們致力于在數(shù)字環(huán)境中展示產(chǎn)品優(yōu)勢，例如通過最新的 Trench 10 高效 MOSFET 延長電池壽命，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（如更長的電池壽命）與底層硬件優(yōu)勢建立關(guān)聯(lián)。

     此外，人們還對以下做法表現(xiàn)出濃厚的興趣，即將組件集成到功能性機(jī)器人仿真和評估過程中，來展示組件的實際系統(tǒng)級優(yōu)勢（超越如脈沖和熱測試等實驗室測試）。

     此外，該團(tuán)隊與多家擁有不同微控制器平臺的渠道合作伙伴展開合作。為此，機(jī)器人系統(tǒng)采用 Docker 容器進(jìn)行設(shè)計，使機(jī)器人操作系統(tǒng) (ROS) 能夠在不同硬件平臺上以便攜靈活的方式運行。這些平臺包括 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”，因為該領(lǐng)域正涌現(xiàn)出許多日益成熟的創(chuàng)新技術(shù)。從間接飛行時間 (iToF) 攝像頭到物理 AI，前者通過分析調(diào)制光波從物體表面反射并返回傳感器的方式來測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，從而推動機(jī)器人技術(shù)的使用和規(guī)模在未來幾年實現(xiàn)爆發(fā)式增長。

     如需更多信息，請訪問 機(jī)器人應(yīng)用和技術(shù)頁面，或訪問 DigiKey.com 上的 onsemi 供應(yīng)商營銷中心 。