机器人新纪元:边缘处理、电源、传感器与通信突破

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作者:Altaf Hussain

随着传感器和电子器件技术的突飞猛进,移动机器人领域正在快速发展。工程师们通过融合新技术,推动了移动机器人生态系统在多个层面的持续演进。以下重要发展趋势驱动着处理、电源、传感器以及通信领域的革新。

边缘处理

Arm®于20年前发布了Cortex®-M系列,而基于该系列产品的第一款微控制器在两年后进入市场。基于Arm Cortex的微控制器凭借低功耗运行、卓越的性能以及创新外设等广泛的功能,正推动行业向前发展。

恩智浦基于双核Cortex-M33的新MCX N系列MCU

恩智浦最新的通用MCU MCX N系列是移动机器人领域的前沿产品。这些微控制器将神经处理单元(NPU)整合至微控制器级别,从而助力机器学习(ML)加速。eIQ® Neutron NPU为各类神经网络提供了强大支持,包括CNN、RNN、TCN、变压器网络等,为行业开辟了新的可能性。

随着微处理器技术的飞速发展,边缘计算的能力也在不断提升。恩智浦的新i.MX 9系列微处理器就是一个典范,它不仅集成了eIQ Neutron NPU,还搭载了一系列强大的外设。在汽车和工业移动机器人领域,功能安全已成为核心考虑要素。基于功能安全(FuSa)原则设计的微处理器,能够确保机器人系统的运行更加安全可靠。

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电源

氮化镓(GaN)技术的商业应用,以其卓越的高性能和能效提升,已经在电力电子领域引发了一场革命性的变革。

移动机器人的电机驱动器正变得更加小巧高效,这不仅延长了电池使用寿命,还降低了热管理需求。

GaN在开关式功率转换器中同样大放异彩,其器件的迅速开关能力有助于提升电源转换器频率,工程师能够设计出体积更小、成本更低的电感和电容。

电机驱动器开发套件

一批激动人心的电池化学材料逐步进入市场,并迅速实现量产。尽管锂聚合物电池在电源密度方面仍占据领先地位,但新兴的电池技术在其他关键领域展现出巨大潜力。钠离子电池虽然在能量密度上可能不及锂电池,但它基于天然金属,资源更丰富。锂资源的劣势在于分布不均、成本高昂、对环境影响较大。而钠资源在海水中广泛存在,易于获取。钠离子电池不需要使用钴、镍或铜便可形成偏铁酸钠等化学物质,这不仅降低了成本,还提高了材料的可获得性。目前,主流电池厂商正投入巨资提升钠离子电池的产能,这将有助于降低电池的成本,进一步减少移动机器人的制造成本,并为那些对体积能量密度要求不高的应用提供更长的运行时间。

传感器

众多移动机器人平台极度依赖视觉技术。如前所述,配备了NPU的微控制器和微处理器支持图像实时推理和分类,极大地增强了机器人对周围环境的感知能力。

移动机器人与机器视觉

GaN器件产生的超快脉冲为激光雷达带来了更迅速、分辨率更高的3D深度映射能力。伴随着同步定位与映射(SLAM)算法的不断进步,机器人导航系统正迎来巨大的飞跃。此外,工程师们正将机器学习技术应用于3D数据处理中,以提升机器人的感知及决策水平。

随着机器人对环境的态势感知能力增强,其在非受限环境中的自主性和操作能力也将得到显著提升。

通信与连接

在移动机器人的发展旅程中,通信和连接技术扮演了不可或缺的角色。得益于无线技术的最新进展,机器人如今能够与其他设备、系统乃至人类实现无缝的通信。集成了Wi-Fi、蓝牙和5G网络的机器人,不仅能够远程操控,还能实现实时数据传输和无线更新,这大大提升了它们的灵活性和适应力。

5G网络具有低延迟和高带宽,在全球范围内得到了快速推广。这项技术为移动机器人技术的发展开辟了新天地。机器人现在可以依托云计算,不仅能完成复杂的数据处理和决策等资源密集型任务,还能保持实时响应能力。

网状网络和群体机器人技术正在彻底革新多机器人之间的协作方式。通过构建临时网络,机器人能够实现相互通信和协调,共享信息和任务,以达成共同的目标。这种能力让机器人群体能够在多种场景下部署,包括搜救、环境监测和大规模物流等。

同时,采用MQTT和CoAP等物联网协议的机器人,进一步加强了与其他联网设备和系统的集成。

开创未来:移动机器人引领创新之路

在边缘处理、电源、传感器和通信技术创新的强劲推动下,移动机器人产业正迅猛发展。微控制器和微处理器中添加神经处理单元,GaN器件实现突破以及新兴电池化学材料的应用,正将移动机器人推向更高的能效、智能化和自主性。

同时,视觉系统的升级、SLAM算法的精进以及无线连接技术的进步,都极大地提升了机器人对环境的感知和团队协作的能力。这些趋势不断深入影响行业,我们预见移动机器人将变得更加通用、适应性更强,并融入我们生活的方方面面,从根本上重塑行业格局,改变我们的生活和工作方式。

作者:

Altaf Hussain

恩智浦半导体运输与移动细分市场市场总监

Altaf在企业、服务提供商和工业应用的应用工程、产品营销和业务开拓方面拥有30多年的经验。他目前担任恩智浦运输与移动部门的负责人,该部门专注于移动机器人、机器视觉和仓库物流自动化领域。Altaf致力于制定系统解决方案,帮助客户借助自主移动机器人加速自动化进程。他拥有英国伦敦南岸大学的电气与电子工程学士学位。

责编: 爱集微
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