電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）多年來(lái)，機(jī)器人一直在制造工業(yè)中扮演著重要角色。不論是大型的工業(yè)機(jī)械臂還是中小型的工業(yè)機(jī)器人，自動(dòng)化工廠需要這些高效率、高精確的機(jī)器來(lái)提升制造水平。

隨著自動(dòng)化工廠向智能化、柔性化轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不夠智能，不夠靈活的劣勢(shì)愈發(fā)明顯。智能化柔性化發(fā)展趨勢(shì)下，自動(dòng)化工廠需要更智能更靈活的機(jī)器人來(lái)完成產(chǎn)線工作。所以近幾年，協(xié)作機(jī)器人迅速成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域備受重視的機(jī)器人類(lèi)型。

協(xié)同、智能，協(xié)作機(jī)器人成為自動(dòng)化升級(jí)重要推手

協(xié)作機(jī)器人，是在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展出的新型工業(yè)機(jī)器人。其核心，在于“協(xié)作”二字。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用在固定的獨(dú)立區(qū)域內(nèi)，機(jī)器人只能和機(jī)器人一起工作完成固定的產(chǎn)線任務(wù)，人和機(jī)器人是分開(kāi)的，不存在協(xié)同工作的概念。

協(xié)作機(jī)器人強(qiáng)調(diào)機(jī)器人與人的互動(dòng)與協(xié)同，它們被設(shè)計(jì)用于直接與人共享工作空間，人與機(jī)器人共同組成靈活快速的生產(chǎn)單元，而無(wú)需像傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人那樣為了安全設(shè)置安全柵欄或隔離措施。

協(xié)作機(jī)器人的出現(xiàn)，讓機(jī)器人不再是單純的機(jī)械替代，而是成為人類(lèi)工作者的“同事”。它們可以在需要高度靈活性和創(chuàng)造力的場(chǎng)合中輔助人類(lèi)，使生產(chǎn)過(guò)程更加高效和個(gè)性化。人和機(jī)器人一起工作的人機(jī)協(xié)作模式，可以提高效率、加強(qiáng)質(zhì)量控制、增強(qiáng)生產(chǎn)的靈活性，減少物流線的成本，讓自動(dòng)化工業(yè)更加智能更加靈活。

機(jī)器人毫無(wú)疑問(wèn)是智能制造工業(yè)的支撐設(shè)備，而人機(jī)協(xié)作正在成為下一代工業(yè)智能機(jī)器人的本質(zhì)特征。

協(xié)作機(jī)器人在制造業(yè)和非制造業(yè)市場(chǎng)都有應(yīng)用，其中制造業(yè)無(wú)疑是協(xié)作機(jī)器人最重要的行業(yè)。根據(jù)Omdia的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年，協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用在制造業(yè)占比約為80.2%，全球市場(chǎng)規(guī)模為20億美元。同時(shí)Omdia預(yù)測(cè)到2027年，全球協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)將達(dá)到48億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為19.1%。

Grand View Research給出的預(yù)測(cè)更積極，預(yù)計(jì)全球協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)將以32%的復(fù)合年增長(zhǎng)率到2030年的110.4億美元。

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，根據(jù)GGII的數(shù)據(jù)分析，預(yù)計(jì)至2026年，中國(guó)協(xié)作機(jī)器人的年銷(xiāo)量將接近10萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)60億元人民幣。

國(guó)產(chǎn)協(xié)作機(jī)器人的崛起，整體價(jià)格進(jìn)一步下降，未來(lái)，隨著柔性生產(chǎn)、人機(jī)安全協(xié)同、產(chǎn)業(yè)多樣化和安全需求的增加，協(xié)作機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)顯著上升。

協(xié)作機(jī)器人背后的核心半導(dǎo)體組件需求

機(jī)器人作為智能軟硬件結(jié)合的代表，其豐富功能的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)背后核心的半導(dǎo)體組件。像協(xié)作機(jī)器人這種追求高精準(zhǔn)度高靈活性的設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)需要采用多軸電機(jī)控制。

不同于以往傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，協(xié)作機(jī)器人需要使用具有較高原始性能的MCU/MPU來(lái)更快地完成控制處理，并具有更多計(jì)算帶寬來(lái)提供更多靈活的功能以滿足日益增長(zhǎng)的自動(dòng)化和智能需求，避免系統(tǒng)因通信、處理和采集延遲而降級(jí)，畢竟協(xié)作機(jī)器人需要持續(xù)測(cè)量電機(jī)電流、電壓和位置來(lái)精確控制電機(jī)的位置和速度，還需要處理外部傳感器提供的環(huán)境信息。

目前一些在協(xié)作機(jī)器人里應(yīng)用比較典型的，如ST基于Cortex-M7內(nèi)核的STM32F7系列、TI的Sitara系列、瑞薩的RA8等等，都是目前協(xié)作機(jī)器人實(shí)時(shí)控制方案里較為領(lǐng)先處理能力的代表，協(xié)作機(jī)器人必須同時(shí)處理來(lái)自多個(gè)軸的輸入，快速處理是至關(guān)重要的。

實(shí)時(shí)性控制是保障協(xié)作機(jī)器人安全操作的前提，也是多機(jī)合作人機(jī)協(xié)作的基礎(chǔ)。除了實(shí)時(shí)控制能力，通信是其中同樣重要的一環(huán)，目前工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議非常多，如EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC Link IE，還有各種編碼器協(xié)議，數(shù)據(jù)的傳輸延遲幾乎決定了協(xié)作機(jī)器人的同步性，傳輸?shù)难舆t是影響機(jī)器人多軸協(xié)同的重要參數(shù)，不能提供穩(wěn)定的低延遲通信那么多軸機(jī)器人的同步性就大打折扣。

將多協(xié)議支持能力集成到主處理器中，是非常有必要的。這樣不僅有助于節(jié)省設(shè)計(jì)成本、縮減布板空間和減少開(kāi)發(fā)工作量，同時(shí)還可以更大限度地減少外部組件與主機(jī)之間通信的相關(guān)延遲。

TSN的應(yīng)用在很多工業(yè)4.0應(yīng)用中都有提到，TSN的引入對(duì)協(xié)作機(jī)器人來(lái)說(shuō)意義重大，是未來(lái)非常有潛力的方向。TSN將進(jìn)一步增強(qiáng)協(xié)作機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制和協(xié)同操作，并提高機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)能力。協(xié)作機(jī)器人的中央處理器板需要有這種可拓展性，能夠適應(yīng)不斷發(fā)展的TSN標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在很多半導(dǎo)體廠商提供的協(xié)作機(jī)器人方案都會(huì)重視在實(shí)時(shí)通信協(xié)議和TSN上支持。

隨著自主決策與操作的發(fā)展以及人機(jī)交互的不斷增加，協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用對(duì)功能安全的需求也在增加，功能安全合規(guī)型的器件采用也是很有必要的。

在傳感方面，機(jī)器人涉及的傳感非常多，3D視覺(jué)傳感是和協(xié)作機(jī)器人最常被一起提及的，協(xié)作機(jī)器人的精準(zhǔn)識(shí)別需要3D視覺(jué)技術(shù)予以支持。以往比較常用的是用英特爾一整套SoC或者視覺(jué)處理平臺(tái)來(lái)做，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)像全志，肇觀、瑞芯微視覺(jué)芯片在協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)也應(yīng)用得很多。

AI加速與協(xié)作機(jī)器人融合

Omdia報(bào)告預(yù)計(jì)2028年全球機(jī)器人人工智能芯片組市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到8.66億美元，大大推動(dòng)AI在機(jī)器人領(lǐng)域的普及。NVIDIA、Qualcomm、Intel和AMD等不少?gòu)S商都已經(jīng)推出了針對(duì)機(jī)器視覺(jué)、導(dǎo)航和測(cè)繪以及功能安全等設(shè)備端機(jī)器人應(yīng)用的人工智能SoC或者專用人工智能芯片組。

邊緣AI在機(jī)器人中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，借助邊緣AI，協(xié)作機(jī)器人可以做出快速反應(yīng)，有效避免潛在風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)安全保障。像上面提到的視覺(jué)傳感，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了使用視覺(jué)輸入邊緣AI系統(tǒng)通過(guò)單個(gè)攝像頭在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制，或通過(guò)多個(gè)傳感設(shè)備在協(xié)作機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)功能安全。邊緣AI與協(xié)作機(jī)器人的融合已經(jīng)取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

隨著生成式AI爆火，其強(qiáng)大應(yīng)用潛力已然不用贅述，進(jìn)步神速的GenAI不但有效提升了工作生活的效率和質(zhì)量，更推動(dòng)了機(jī)器人行業(yè)的進(jìn)化，機(jī)器人與GenAI正在加速融合。Google 、Meta、OpenAI 和豐田等公司正在其機(jī)器人應(yīng)用中試用或測(cè)試各種基礎(chǔ)模型，達(dá)閥、獵戶星空等中國(guó)機(jī)器人供應(yīng)商也已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出自己的基礎(chǔ)模型，并計(jì)劃將這些模型與客戶端軟件系統(tǒng)集成。

在協(xié)作機(jī)器人的終極形態(tài)——人形機(jī)器人短期內(nèi)還不可能大范圍推廣的背景下，協(xié)作機(jī)器人是生成式AI較為成熟的應(yīng)用形式。Omdia應(yīng)用智能首席分析師也提到，通過(guò)各種大模型技術(shù)優(yōu)化擴(kuò)展機(jī)器人中生成式AI的功能來(lái)強(qiáng)化實(shí)時(shí)控制和性能是必需的。實(shí)時(shí)控制的進(jìn)一步強(qiáng)化，也正是協(xié)作機(jī)器人需要的。

小結(jié)

協(xié)作機(jī)器人正在成為自動(dòng)化領(lǐng)域的新寵，而Interact Analysis在去年發(fā)布的《協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)洞察與分析》中指出，協(xié)作機(jī)器人非工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)也在迅速崛起，潛力巨大。更智能、更靈活、更自主的協(xié)作機(jī)器人正在打開(kāi)未來(lái)人機(jī)協(xié)同的大門(mén)。