智能工業時代,機器手臂與機器視覺運算在生產線上發揮重要作用,成為工業系統中不可或缺的一環。芯片商與工業電腦也正大舉搶攻智能工業商機,連帶機器人的內部控制元件也走勢看俏,包括MCU、DSP、FPGA、工控平臺等解決方案供應商亦大舉獻計,大發工業機器人財。
機器人馬達控制需求增 MCU業者盈利多
機器人系統的自由度(DegreesofFreedom,DOF)高低取決于移動關節數目,關節數愈多,自由度越高,位移精準度也愈出色,然所須使用的馬達數量就相對較多;也意味著控制器或處理器的數量將相應增加。
在多種控制器或處理器中,又以MCU的市場前景最為可期。他解釋,雖然MCU的處理性能比不上DSP或是現場FPGA等元件,不過由于目前智慧工廠產線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。
為滿足機器人馬達控制應用,MCU業者除須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。
另一方面,為了助力工業型機器人的控制效能、精準度不斷提升,未來MCU業者的首要開發目標是將效能提升至300~400DMIPS,同時持續優化周邊元件的性能,如將類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對周邊開發環境的IP支援。
DSP商搶攻馬達控制領域 亞德諾飛思卡爾斗法
過去,馬達控制大多是MCU業者的天下,然而隨著以Cortex-M4架構開發的DSP方案問世,DSP亦可跨足高階馬達控制市場,與MCU互爭地盤。
亞德諾的混合信號處理器ADSP-CM40x,即搭載一顆240MHzCortex-M4處理器核心,且為業界首款嵌入雙通道16位元ADC的DSP.亞德諾分別采用65納奈米與0.25微米製程生產DSP處理器核心與ADC,使每個元件的效能得以發揮到極大值,并借力SINC濾波器,使其可直接采用分流電阻式電流檢測系統架構中的隔離式Σ-Δ型調變器,因此可大幅提升馬達控制效率。
飛思卡爾微控制器高級系統工程師施長浩指出,不論嵌入式處理器效能多強大,單顆的MCU或DSP方案都已經無法滿足工業型領域的客戶,目前的趨勢是應用處理器和MCU協同工作,或是MCU整合DSP的方案,以此提供智慧自動化所需要的運算效能、人機介面應用和各種即時運算。因此飛思卡爾系選擇擴展ARM架構嵌入式處理器產品線,在各平臺全面導入ARM核心,搶攻馬達控制、人機介面、機器視覺等工業型機器人商機。
目前,飛思卡爾開發的ARM產品線,包含從最低階的KinetisMCU(基于Cortex-M0+/M4核心),到鎖定即時運算和人機介面應用的Vybrid處理器(基于Cortex-A5+M4核心),直到同時整合繪圖處理器(GPU)、影像處理器(IPU),可替代獨立DSP與加速處理器(APU),且滿足機器視覺(MachineVision)運算需求的高階i.MX應用處理器(基于Cortex-A9核心),可為開發商提供一站式解決方案。在馬達控制方面,飛思卡爾則推出KinetisE系列、V系列以及DSC系列產品,全面涵蓋各類馬達控制應用。