MCU在機器人行業(yè)里怎么玩？

無論是工業(yè)機器人還是服務(wù)機器人，分配給它們的任務(wù)無非是從感知到?jīng)Q策再到執(zhí)行。對于機器人本身來說，執(zhí)行層的運動控制是其最基礎(chǔ)、最核心的能力。感知可以通過集成激光、視覺等傳感器來豐富機器的信息獲取，如何決策取決于上層軟件的能力和各廠商的智能算法。最后，執(zhí)行層面的操作和控制仍然依賴于機器人內(nèi)部控制元素給出的“主動權(quán)”。

目前看來，優(yōu)于控制的MCU依然是機器人廠商的首選。而且數(shù)字信號處理器和現(xiàn)場可編程門陣列有很多應(yīng)用，尤其是在機器視覺領(lǐng)域。然而，單片機仍然是機器人執(zhí)行層應(yīng)用最廣泛的選擇。畢竟平均來說，單個機械臂內(nèi)置的約8個控制器變成了MCU，剩下的都是MPU、DSP等高效處理元件。服務(wù)機器人的重要移動功能也依賴于執(zhí)行層的精確單片機電機控制。

對于機器人應(yīng)用的單片機來說，除了提供易于開發(fā)的嵌入式平臺和設(shè)計工具外，圍繞單片機建立完善的通信環(huán)境來處理USB、SPI等各種工業(yè)通信協(xié)議也非常重要。單片機運算效率的提高對于滿足工業(yè)機器人精度提升的這些需求也非常重要。下面簡單列舉一些應(yīng)用于機器人的MCU，看看它們在機器人市場的表現(xiàn)如何。

集成單片機ROS框架

集成MCU  ROS，可以看看瑞薩。RA單片機在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。最近，針對工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，他們還將ROS(機器人操作系統(tǒng))-—EK-RA6M5集成到他們的MCU中，以應(yīng)對機器人應(yīng)用。RA的RA6M5是一款采用Arm  Cortex-M33內(nèi)核的32位MCU，用于集成ROS。

(EK-RA6M5，RA)

EK-RA6M5集成ROS框架使MCU能夠在ROS  2數(shù)據(jù)空間進行標準化集成，運行在Windows和Linux系統(tǒng)下的Renesas  e2 studio集成開發(fā)環(huán)境也支持ROS。

這一套EK-RA6M5的目的很明確，那就是簡化機器人的開發(fā)，降低機器人的開發(fā)成本，在RA  MCU和ROS合并的基礎(chǔ)上形成生態(tài)圈，吸引機器人廠商進入市場，從而搶占機器人MCU的市場。這也是很多廠商選擇的做法。MCU在玩一個生態(tài)系統(tǒng)，這次只是增加了ROS。當然，玩生態(tài)的前提是單片機性能必須足夠優(yōu)秀。

為機器人應(yīng)用優(yōu)化單片機

當然，也有不集成ROS的玩法。KE系列是基于ARM內(nèi)核的恩智浦單片機在操作控制方面。KE系列沒有單獨為機器人應(yīng)用集成ROS框架，但解決了機器在惡劣電噪聲環(huán)境下的高可靠性和魯棒性問題。

KE的EMC  EMC和ESD保護功能對于工業(yè)應(yīng)用來說足夠重要。32位單片機一直在低電壓下運行，在機器人控制中經(jīng)常受到惡劣電磁環(huán)境的限制。KE系列最重要的就是解決這個問題，用合適的藥解決機器人應(yīng)用中單片機的問題。

(恩智浦KE系列開發(fā)板)

性能方面，KE系列高端MCU  ke1sf  MCU其實已經(jīng)足夠優(yōu)秀了。它通過運行在168兆赫的高性能Arm  Cortex  -M4內(nèi)核提供5V解決方案。這一系列的8通道PWM和支持帶死區(qū)插入的功能可以使機器運動控制非常精確，F(xiàn)lexIO也為串行通信接口的實現(xiàn)提供了靈活性。

除了針對應(yīng)用難點進行專門優(yōu)化外，KE實際上還具備浮點單元的數(shù)字信號處理能力，可以為機器控制算法和傳感器數(shù)據(jù)處理提供計算能力。與集成ROS不同的是，這種方式并沒有從宏觀的角度走在前面，而是從細微的角度著眼于解決機器人中MCU應(yīng)用的突出問題。從問題中解決問題，保證你的單片機在應(yīng)用中的競爭力。

寫在最后

其實只是在性能方面，所有MCU廠商都有可以應(yīng)用于機器人的產(chǎn)品。以上兩個例子證實了單片機在機器人行業(yè)的應(yīng)用趨勢。一是在MCU性能足夠優(yōu)秀的情況下，為了搶占機器人市場，大廠商會與生態(tài)伙伴合作進行ROS集成(當然也可以自己做)。簡而言之，目的是搭建一個擁有完整武器庫的平臺，吸引機器人設(shè)計師入圈；其次，針對機器人應(yīng)用中的痛點，應(yīng)輔以MCU的特殊能力，提升其競爭力。

無論哪種方式，MCU廠商都希望趕上工業(yè)自動化的浪潮，讓機器人發(fā)家致富。