芝能智芯出品

如果把機(jī)器人行業(yè)（工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和新型的人形機(jī)器人）拆開(kāi)來(lái)看，并不是一個(gè)“新行業(yè)”，是電子、計(jì)算、控制、通信、安全等多個(gè)電子技術(shù)和軟件長(zhǎng)期積累后的集中釋放。

隨著機(jī)器人行業(yè)被大家寄予厚望，大部分芯片公司認(rèn)為機(jī)器人會(huì)成為電子產(chǎn)業(yè)新的系統(tǒng)級(jí)需求入口，多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景同時(shí)成熟。

◎ 在制造業(yè)，協(xié)作機(jī)器人開(kāi)始走向柔性生產(chǎn)；

◎ 在物流與倉(cāng)儲(chǔ)，自主移動(dòng)機(jī)器人逐步替代人工搬運(yùn)；

◎ 在醫(yī)療、服務(wù)、家庭等非工業(yè)場(chǎng)景，服務(wù)機(jī)器人開(kāi)始真正落地；

◎ 農(nóng)業(yè)、建筑等原本自動(dòng)化程度較低的領(lǐng)域，也開(kāi)始系統(tǒng)性引入機(jī)器人。

Part 1機(jī)器人技術(shù)概覽

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，機(jī)器人成為電子器件小型化應(yīng)用的高地了。

機(jī)器人行業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)快速擴(kuò)張階段，工業(yè)制造，還是服務(wù)、物流、醫(yī)療等非工業(yè)場(chǎng)景，機(jī)器人應(yīng)用都在持續(xù)擴(kuò)大，推動(dòng)了機(jī)器人市場(chǎng)的整體增長(zhǎng)，并為電子系統(tǒng)帶來(lái)了持續(xù)、長(zhǎng)期的需求。

推動(dòng)機(jī)器人加速發(fā)展的動(dòng)力，勞動(dòng)力老齡化和用工短缺正在成為全球性問(wèn)題，機(jī)器人逐漸成為填補(bǔ)人力缺口的重要手段。

機(jī)器人正從“可編程設(shè)備”走向“具備感知和決策能力的智能系統(tǒng)”，這使得實(shí)時(shí)人工智能處理成為剛需。

機(jī)器人需要在動(dòng)態(tài)環(huán)境中即時(shí)感知、判斷并執(zhí)行動(dòng)作，這對(duì)系統(tǒng)的低延遲、穩(wěn)定性和安全性提出了更高要求。

同時(shí)，自動(dòng)化正滲透到越來(lái)越多的場(chǎng)景，從物流中心到消費(fèi)級(jí)設(shè)備，都依賴(lài)更強(qiáng)的感知能力，包括視覺(jué)、雷達(dá)、激光雷達(dá)和三維傳感，電機(jī)控制和供電技術(shù)的進(jìn)步，寬禁帶半導(dǎo)體、無(wú)線(xiàn)充電和高度集成方案開(kāi)始在機(jī)器人系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

Part 2機(jī)器人系統(tǒng)的技術(shù)挑戰(zhàn)與芯片級(jí)解決方案

機(jī)器人真正落地過(guò)程中也面臨不少挑戰(zhàn)。

◎ 功耗和散熱問(wèn)題，人工智能負(fù)載的引入顯著增加了系統(tǒng)熱量，而機(jī)器人往往缺乏復(fù)雜散熱條件。

◎ 實(shí)時(shí)性要求，電機(jī)控制、視覺(jué)處理和安全系統(tǒng)之間需要確定性的時(shí)間響應(yīng)，一旦出現(xiàn)抖動(dòng)或資源爭(zhēng)用，就可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)異�；蛉蝿�(wù)失敗。

◎ 機(jī)器人通常處于持續(xù)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，通信延遲波動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)中斷以及網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)都在增加，如果端點(diǎn)或 OTA 更新的安全性不足，甚至可能導(dǎo)致整支機(jī)器人隊(duì)伍停擺。再加上各地區(qū)法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)差異較大，也增加了產(chǎn)品認(rèn)證和部署的難度。

從系統(tǒng)角度看，機(jī)器人由幾類(lèi)關(guān)鍵電子模塊構(gòu)成，包括人工智能計(jì)算、電機(jī)控制、連接與安全、傳感以及電源管理。

這些模塊并非孤立存在，在同一系統(tǒng)中高度協(xié)同，才能支撐機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

在所有模塊中，人工智能計(jì)算被視為“感知到行動(dòng)”的核心。

機(jī)器人需要在邊緣側(cè)完成實(shí)時(shí)感知、規(guī)劃和控制，避免依賴(lài)云端帶來(lái)的延遲。

同時(shí)，系統(tǒng)必須在高負(fù)載下保持確定性，并盡量降低功耗和散熱壓力，瑞薩推出了以 RZ/V2H 為代表的解決方案，通過(guò) DRP-AI 架構(gòu)在無(wú)需風(fēng)扇的條件下實(shí)現(xiàn)高性能視覺(jué)人工智能，考慮實(shí)時(shí)控制能力和能效表現(xiàn)。

在機(jī)器人系統(tǒng)中，視覺(jué)與運(yùn)動(dòng)控制必須并行工作，零件公差、負(fù)載變化、人機(jī)交互以及安全約束都會(huì)持續(xù)變化，視覺(jué)和傳感系統(tǒng)需要不斷更新環(huán)境和目標(biāo)信息，電機(jī)控制系統(tǒng)則必須實(shí)時(shí)接收這些數(shù)據(jù)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整軌跡，并保持多軸同步的確定性。這也是機(jī)器人系統(tǒng)與傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的重要區(qū)別。

針對(duì)工業(yè)機(jī)器人，RZ/T2H 單芯片方案通過(guò)異構(gòu)架構(gòu)，將應(yīng)用處理、實(shí)時(shí)控制和網(wǎng)絡(luò)功能集成在同一平臺(tái)中，可支持多達(dá)九軸的電機(jī)控制以及工業(yè)以太網(wǎng)通信。

對(duì)于協(xié)作機(jī)器人，則采用 RZ/N2H 與 RZ/T2L 的分布式方案，由中央控制器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)序，再由靠近執(zhí)行器的單軸控制器實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制。

隨著機(jī)器人越來(lái)越“軟件定義”，安全問(wèn)題的重要性不斷上升。機(jī)器人系統(tǒng)不僅具備網(wǎng)絡(luò)連接和遠(yuǎn)程更新能力，還直接控制物理運(yùn)動(dòng)，一旦遭到攻擊，風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng) IT 系統(tǒng)。未授權(quán)控制、固件篡改、算法和模型泄露，都會(huì)直接影響系統(tǒng)安全。

可信操作系統(tǒng)（TOS） 運(yùn)行在可信執(zhí)行環(huán)境中，與普通操作系統(tǒng)隔離，負(fù)責(zé)安全啟動(dòng)、密鑰管理、加密通信和關(guān)鍵資產(chǎn)保護(hù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人可以通過(guò) TOS 完成身份認(rèn)證、安全通信和 OTA 校驗(yàn)，即使應(yīng)用層出現(xiàn)異常，安全域仍然保持完整，從而提升系統(tǒng)的可靠性和可認(rèn)證性。

瑞薩通過(guò)處理器、連接芯片、電源管理器件以及參考設(shè)計(jì)和生態(tài)合作伙伴，構(gòu)建了面向不同機(jī)器人形態(tài)的完整解決方案，覆蓋從工業(yè)機(jī)器人到 AMR、靈巧手和無(wú)人系統(tǒng)等多種應(yīng)用。

小結(jié)

從傳統(tǒng)芯片企業(yè)角度，現(xiàn)在是需要發(fā)力來(lái)針對(duì)機(jī)器人來(lái)推動(dòng)自己的方案了，在這個(gè)高度系統(tǒng)化、對(duì)電子技術(shù)要求極高的領(lǐng)域，沒(méi)有自己的位置是不行的。

機(jī)器人平臺(tái)的底座確實(shí)是芯片，在算力、實(shí)時(shí)性、功耗、安全和系統(tǒng)集成之間取得平衡，芯片公司機(jī)器人方案會(huì)越來(lái)越全面。

       原文標(biāo)題 : 技術(shù)分享｜瑞薩在機(jī)器人領(lǐng)域的方案