機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計師現(xiàn)正面臨設(shè)計複雜性持續(xù)提升的情況，因為他們必須設(shè)法滿足大家對自動化程度更高的機(jī)器人的需求。這種複雜性與日俱增的趨勢在與人類緊密協(xié)作的機(jī)器人中尤為普遍，例如協(xié)作機(jī)器人和自主移動機(jī)器人 (AMR) 等，如 圖 1 所示。為了確保前述機(jī)器人能可靠地與人類合作，且能可靠地在人類附近運作，這些機(jī)器人需要更多電子元件。因此，這類機(jī)器人中的嵌入式處理器變得越來越複雜，必須針對系統(tǒng)中不斷增加的資料量進(jìn)行分析並做出回應(yīng)，以實現(xiàn)如感知、導(dǎo)航和動作控制等功能。

就採用這類嵌入式處理器進(jìn)行作業(yè)而言，部分公司並沒有開發(fā)硬體與軟體所需的內(nèi)部資源和專業(yè)知識，因此無法從最初階段對系統(tǒng)中的處理器提供完整支援。另一方面，對於擁有較多內(nèi)部資源和專業(yè)知識的公司來說，開發(fā)硬體和軟體資源需要投入大量時間，但其實將這些時間用於進(jìn)一步研究和開發(fā)新產(chǎn)品會是較理想的做法。

為了降低設(shè)計成本和複雜性，設(shè)計師可以與德州儀器及其廣泛的第三方合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)合作，而這些合作伙伴均專精於「可立即部署」的硬體元件。TI 也提供軟體和設(shè)計資源，可協(xié)助進(jìn)一步簡化開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用，其中包括軟體開發(fā)套件和易於使用的雲(yún)端工具，可用於開發(fā)、部署人工智慧 (AI) 模型並對其進(jìn)行基準(zhǔn)測試。

本文將探索機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計師可如何透過 TI 廣泛且成熟的第三方網(wǎng)路，以及 TI 提供的設(shè)計資源和易於使用的軟體，以簡化開發(fā)程序並加快上市速度。

雖然許多機(jī)器人系統(tǒng)都可從「可立即部署」的硬體資源中獲益，特別是用於馬達(dá)控制、通訊和功能安全的機(jī)器人系統(tǒng)，不過本文主要著重於適用於視覺處理應(yīng)用的資源，並特別介紹 TI 數(shù)個硬體合作夥伴。請造訪 TI 合作夥伴目錄，以進(jìn)一步了解 TI 的合作夥伴生態(tài)系統(tǒng)。

利用 TI 應(yīng)用處理器的第三方硬體模組，簡化機(jī)器人設(shè)計

由於現(xiàn)代製造和全球供應(yīng)鏈需要更高的生產(chǎn)力和控制能力，因此協(xié)作機(jī)器人和 AMR 也繼續(xù)越來越受歡迎。特別是在製造環(huán)境中，這些機(jī)器人可更充分地與人類及其他機(jī)器人合作，同時讓人類能專注在優(yōu)先順序更高的任務(wù)上，因此可提升作業(yè)效率。

雖然這些機(jī)器人的優(yōu)點可能直接易懂，但其設(shè)計卻可能相當(dāng)複雜，特別是在實作使用分析功能與在網(wǎng)路邊緣進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的視覺處理系統(tǒng)時，更是如此。若要開發(fā)攝影機(jī)模組，接著在協(xié)作機(jī)器人和 AMR 中測試和部署 AI 模型，可能需消耗大量時間，並且需要特定的編程專業(yè)知識和專用軟體。

在具有空間限制的 Arm? 架構(gòu)設(shè)計中，若要加速開發(fā)視覺處理，設(shè)計師可使用 TI 第三方硬體合作夥伴的模組，例如 TechNexion ROVY-4VM 系統(tǒng)模組 (SoM)、Congatec 的智慧型行動架構(gòu) (SMARC) 模組 conga-STDA4、BeagleBone AI-64? 和 Arducam V3Link? 攝影機(jī)套件等。

TechNexion、Congatec 和 BeagleBone 模組以 TDA4VM 處理器為基礎(chǔ)，此處理器採用異構(gòu)架構(gòu)，具備雙 Arm Cortex?-A72、DSP，以及可在視覺型應(yīng)用中進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的加速器。

TechNexion ROVY-4VM

透過使用如 TechNexion ROVY-4VM 等 SoM，設(shè)計師即可根據(jù)模組開發(fā) AMR 產(chǎn)品，從而簡化設(shè)計程序。ROVY-4VM 將處理器、電源管理 IC (PMIC) 和記憶體 (DDR、UFS、SPI NOR 快閃記憶體) 整合在經(jīng)過完整測試且可立即生產(chǎn)的單一 PCB 上，且處理器的所有其餘週邊設(shè)備均可便利地路由至板對板高密度互連 (HDI)。雖然設(shè)計師可以自由使用其所選功能從頭開始設(shè)計載板，不過 TechNexion 打造了 ROVY-4VM-EVK，這是一款適用於 ROVY-4VM 的完整 AMR 專用套件 (如 圖 2 中的 AMR 示範(fàn)所示)。此套件可做為參考設(shè)計使用，以快速實現(xiàn)多種功能，例如使用 FPD-Link? III 技術(shù) (TECHN-3P-VLS3-X-SL) 新增最多 8 個隨插即用攝影機(jī)、新增顯示器 (同樣利用 FPDLink III)、利用標(biāo)準(zhǔn)或單對乙太網(wǎng)路擴(kuò)充乙太網(wǎng)路埠，以及易於簡單存取的標(biāo)準(zhǔn) USB3/Gb 乙太網(wǎng)路埠，以快速進(jìn)行原型設(shè)計與開發(fā)。

Congatec conga-STDA4

使用 conga-STDA4，設(shè)計師即可運用 SGeT 的開放標(biāo)準(zhǔn) SMARC 模組外形尺寸和針腳配置，以強化功能安全等功能，並透過 ARM 架構(gòu)處理器和 Linux 架構(gòu)軟體增添原生分析功能。現(xiàn)今在工廠自動化中使用的許多工業(yè)應(yīng)用，皆以 SMARC 模組為基礎(chǔ)。SMARC 外形尺寸是受到廣大開發(fā)人員社群支援的開放標(biāo)準(zhǔn)，其不但可輕鬆用於進(jìn)行設(shè)計，更可在不同設(shè)計間進(jìn)行調(diào)整，因為現(xiàn)有載板的多個層面均可重複使用，例如用於 DIN 軌道安裝式 IPCS 的載板路由和週邊設(shè)備組等，而且通常只需要進(jìn)行簡單的模組交換即可。如此可提升易用性，協(xié)助設(shè)計師更輕鬆地更新現(xiàn)有設(shè)計、降低整體系統(tǒng)成本並縮減系統(tǒng)尺寸，同時還可運用 TDA4VM 處理器的進(jìn)階功能組。

BeagleBone AI-64 和 ArduCam

在對機(jī)器人系統(tǒng)中的視覺處理進(jìn)行早期開發(fā)時，BeagleBoard.org Foundation 的 BeagleBone AI-64 是另一個選項。BEAGL-BONE-AI-64 以 TDA4VM 為基礎(chǔ)，是可以使用 Debian OS 的完整系統(tǒng)，並且可與 ArduCam 的 ARDCM-3P-V3LINK-CAM V³Link 攝影機(jī)套件結(jié)合使用 (如 圖 3 所示)，進(jìn)而簡化視覺處理設(shè)計，並協(xié)助設(shè)計師了解如何控制機(jī)器人。若是來自 Raspberry Pi 生態(tài)系統(tǒng)的使用者，那麼可能對 Beagle AI? (以 AM67A 處理器為基礎(chǔ)) 較為熟悉，其也與 ArduCam 套件相容，以快速開發(fā)和測試適用於特定應(yīng)用的多攝影機(jī)視覺處理。

利用直覺式軟體和開發(fā)資源簡化機(jī)器人視覺處理

除了「可立即部署」的硬體外，機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計師還需要直覺化且易於使用的軟體來簡化開發(fā)作業(yè)。前述軟體需可提升控制、協(xié)調(diào)和執(zhí)行任務(wù)的效率。軟體越為直覺化，工程師就可越輕鬆地設(shè)計、編程機(jī)器人系統(tǒng)並對其進(jìn)行故障排除。

易於使用的軟體可縮減學(xué)習(xí)曲線，讓工程師能更專注於應(yīng)用的功能上，而不是需竭力應(yīng)付複雜的軟體介面或接受額外訓(xùn)練。使用 TI 處理器進(jìn)行視覺處理設(shè)計時，機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計師可存取全套的軟體和網(wǎng)路架構(gòu)工具以及開發(fā)資源，包括：

• 適用於 TDA4VM 的軟體開發(fā)套件 (SDK)

  適用於 TDA4VM 的 SDK 是可在不同系統(tǒng)單晶片 (SoC) 裝置間進(jìn)行調(diào)整的統(tǒng)合軟體平臺，以簡化實作與重複使用程式碼的作業(yè)。SDK 提供靈活的軟體平臺，可協(xié)助簡化並加速開發(fā)具備 AI 支援視覺處理和即時處理功能的機(jī)器人應(yīng)用=。此 SDK 隨附廣泛的文件和全方位的軟體組，包括驅(qū)動程式、中介軟體和應(yīng)用範(fàn)例，可大幅加速開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用。

• 適用於 TDA4VM 和 AM6xA 應(yīng)用處理器的 TI 機(jī)器人軟體開發(fā)套件 (SDK)

  TI 機(jī)器人 SDK 旨在支援於 TDA4VM 和 AM6xA 應(yīng)用處理器上開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用。其具備軟體元件、資料庫和工具，有助於進(jìn)行機(jī)器人應(yīng)用程式開發(fā)，包括即時控制、3D 圖形、影像和視訊處理等。其也包含可協(xié)助開發(fā)人員著手開始的範(fàn)例和文件。

• Edge AI Studio

  Edge AI Studio 是一組網(wǎng)路架構(gòu)工具，專為簡化與加速建立邊緣 AI 應(yīng)用而設(shè)計。其提供易於使用的介面，可在 TI 處理器上開發(fā)、訓(xùn)練和部署機(jī)器學(xué)習(xí)模型。Edge AI Studio 中的模型編輯器、模型分析儀和模型製作器等工具，可為設(shè)計師和開發(fā)人員帶來助益，以處理需要在網(wǎng)路邊緣進(jìn)行即時處理的 AI 應(yīng)用。

  對於在開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)模型上沒有豐富經(jīng)驗的設(shè)計師來說，Edge AI Studio 相當(dāng)實用，因為其可提供精簡的圖形介面，以使用遠(yuǎn)端 TI 硬體開發(fā) AI 應(yīng)用。其也包括預(yù)先訓(xùn)練的模型，並且可自訂這些模型。

結(jié)論

嵌入式處理器的創(chuàng)新以及為其提供支援的第三方硬體，將會持續(xù)突破機(jī)器人可能性的極限。雖然我們已在許多產(chǎn)業(yè)中看見其中部分功能，但是運用先進(jìn)視覺處理元件即時處理並分析大量視覺資料的能力，可望協(xié)助機(jī)器人更可靠安全地對轉(zhuǎn)瞬間的決策做出反應(yīng)，並適應(yīng)多變的情況。從可在工廠和倉庫裡更緊密與人類合作的協(xié)作機(jī)器人，到可在城市街道上安全行駛並交付貨物的自動車和無人機(jī)等，機(jī)器人將會持續(xù)改變這個世界的運作方式。