随着工业型机器人需求的崛起,我们有理由相信这将机会带动一个规模相当庞大的市场商业机遇的到来。这其中,工业型机器人所具备的核心优势主要体现在其智慧感测能力及运动控制技术(Motion Control)上;而当前最常见的工业型机器人形态便是模拟人类手臂的机械臂。
机械臂已经开始在智慧工厂的生产线中扮演着至关重要的角色,成为了智能制造过程中不可或缺的关键要素。它们可以替代人力完成焊接、喷漆以及组装等复杂工序,从而实现更为经济、高效并且精确的标准化常规作业。伴随着人们对于机械臂的关注度日益提高,在机械臂电机控制中承担重要任务的微控制器(MCU),也有望从中受益匪浅。
意法半导体(ST)大中华暨南亚区产品行销经理杨正廉先生表示,鉴于工厂生产线中单个机器人或者机械臂往往需要应对多种运行机制,尽管各自分工明确,但仍需相互协作,因此内置于机器人内部的控制器或处理器肩负着重大责任,有望借此工业自动化热潮的东风迅速发展壮大。
杨正廉进一步指出,在众多控制器或处理器中,尤其是MCU的市场前景最为引人注目。他解释道,尽管MCU的处理效率无法与微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)或是现场可编程门阵列(FPGA)等元件相媲美,然而考虑到目前智慧工厂生产线中的机器人大多以机械臂为主,高精度、大型且高度仿真的机器人尚未普及,而机械臂更加侧重于电机控制效果,因此在电机控制领域已经占据一定地位的MCU厂商将最直接地从中获益。
据了解,机器人系统的自由度(Degrees of Freedom, DOF)高低主要取决于其活动关节的数量,关节数量越多,自由度也就越高,进而使得位移精度表现更为出色,但是所需使用的电机数量也会相应增多;也就是说,越精密的工业型机器人,其内部集成的电机数量也就越多,这也意味着控制器或处理器的数量将会随之增长。
为了满足机器人电机控制应用的需求,MCU厂商除了必须提供易于开发的嵌入式平台、设计工具以及通用软件之外,还需要构建出完善的MCU周边通信环境,即MCU必须能够处理各种工业通信协议,包括控制区域网络总线(CAN BUS)、通用序列总线(USB)、序列外围接口总线(SPI)、以太网路、无线局域网(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)等基础通信方式。
另一方面,MCU的运算效能也需要紧跟时代步伐。杨正廉指出,目前MCU的平均效能大约在80~100DMIPS之间,高端MCU甚至可以达到200DMIPS,而为了助力工业型机器人的控制效能和精度不断提升,未来MCU厂商的首要研发目标应当是将效能提升至300~400DMIPS,同时持续优化周边元件的性能,例如逐步将模拟数字转换器(ADC)由主流的12位元升级为16位元;此外,还要努力改善MCU对周边开发环境的知识产权(IP)支持。
值得一提的是,针对机械臂电机控制应用,数字信号处理器(DSP)也开始引入Cortex-M4核心。继MCU厂商纷纷采用安谋国际(ARM)Cortex-M4核心之后,亚德诺(ADI)与飞思卡尔(Freescale)等芯片制造商,也争先恐后地推出了基于Cortex-M4核心的DSP解决方案,期望借助ARM核心完整生态系统,加快电机系统开发商产品设计并缩短上市时间,全力争夺电机控制应用市场份额。