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    半導體廠商各出狠招 只為奪機器人市場

    2014-07-12 10:43:32

    數據顯示,在2017年可達到13億美元的規模,如何在這個市場中分一杯羹將成各大半導體廠商關注的問題。
      我們知道,現在的工業機器人最重要的組成部分是智能感測和運動控制。當前最普遍的機器人樣態就是模仿人類手臂的機器手臂,要靈活的控制這些手臂,就需要更高靈敏度的感測前端配合,高精度的感測前端則需要更多的傳感器,因此在機器人技術里面涉及到了控制、驅動、傳感等多方面的技術,這也是各大廠商明爭暗斗的領域。

    首先,在機器手臂的控制中,MCU是重要的控制核心。多種控制器或處理器中以MCU的市場前景最為可期,雖然MCU的處理效能比不上微處理器(MPU)、數字信號處理器(DSP)或是現場可編程門陣列(FPGA)等元件,不過由于目前智能工廠上的機器人多以機器手臂為主,高精度、大型且完全擬真人的機器人還不普遍,而機器手臂注重的是馬達控制效能,因此已在馬達控制領域占有一席之地的MCU業者將最直接受惠。且據了解,機器人的靈活度主要取決于移動關節的數目,這樣的話則需要更多的馬達,因此對MCU的需求將明顯增加,將目光投向MCU,對于廣大半導體廠商而言,是一個巨大的商機。

    為了滿足機器人馬達的控制應用,廠商們除了要提供易開發的嵌入式平臺、設計工具及通用軟件外,更要建立好MCU周邊完善的通訊環境,亦即MCU須能處理各種工業通訊協議,保證各種通訊的擴展。當然,MCU運算能力的提高也是在所難免的。

    對于工業機器人而言,除了應用較為成熟的機器手臂之外,影像的分析、運算與處理也漸漸成為工業自動化應用中不可或缺的要素,包括自動光學檢測(Automatic Optical Inspection, AOI)、嵌入式機器視覺等系統皆深具應用潛力,尤其是機器視覺運算未來將可大幅簡化生產線上的工作流程。因此如何打造一個出色的機器視覺系統成為機器人技術發展的重中之重。德州儀器(TI)研發出的可編程即時元件(Programmable Real-time Unit, PRU)整合DSP新方案,可藉此建立完善的可編程環境,提高機器視覺系統的設計靈活性。

    德州儀器在DSP SoC中加入PRU區塊,用以補足處理器未能提供的通訊輸入/輸出(I/O)接腳。PRU的高彈性有助于開發人員在終端產品中整合更多的通訊界面,更重要的是,整合PRU的DSP能提高系統開發商的設計彈性,讓DSP在通訊界面的支援上得以媲美FPGA方案。

    據了解,為了應付低階到高階的機器視覺系統設計,德州儀器在整合DSP的SoC產品線上亦多方布局,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ARM架構的CPU,用以滿足高階機器視覺運算,并提供高擴展性的編程環境。

    值得注意的是,若要讓機器人同時具備機器視覺與運動控制功能,光靠低級的嵌入式處理器恐難滿足此需求。就機器視覺運算而言,內部的控制平臺須具備高密度的平行運算能力,一般ARM架構嵌入式處理器的運算能力,要應付機器視覺運算系統就已相當吃緊,遑論尚須同時進行機器手臂運動控制,因此機器人開發商將傾向借助擴充彈性較大的工業電腦平臺來達到此目標。

    為解決上述問題,工業電腦大廠亦爭相競逐商機,如凌華推出的智能電腦應用平臺(Application Ready Intelligent Platform, ARIP),以及研華的MVP (Motion, Vision, Platform)平臺,期為智動化產線開發商提供各種整合運動控制與機器視覺運算的應用。

    除提供硬件支援之外,工業電腦大廠亦開始專為智動化產線編寫應用軟體,如凌華為其ARIP平臺添加了中介軟件、應用程式介面(API)等附加資源,力求能最大幅度縮短機器人智動化產線的設計時程。 雖然機器人能夠自動工作,但可操控的界面也是必不可少的,因此如何打造個性化的人機界面解決方案則成為FPGA廠商關注的問題。

    瞄準人機界面應用商機,萊迪思正卯足全力偕同系統商開發相關解決方案。其推出的人機界面單芯片(HMI on Chip, HOI)是完全基于萊迪思FPGA的單芯片人機界面應用參考設計。其最大的好處是帶來了可擴展性、高階的圖像處理、快速的反應時間和人機界面設計的方便性;不同于基于MCU的解決方案,萊迪思的人機界面解決方案系基于編輯器(Editor-based)的,所以即使沒有程式設計或作業系統操作專業經驗的工程師也能輕松上手。

    隨著機器人需求的增長,芯片商和系統集成商在這個領域的競爭已引爆。誰有希望最先突圍而出?

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