晶片商与工业电脑厂正大举抢攻机器手臂与机器视觉运算应用商机。工业型机器人应用前景看好,连带让机器人内部控制元件的行情跟著看俏,包括MCU、DSP、FPGA、工控平台等解决方案供应商亦正大举献计,期许能顺著工业智慧自动化的潮流,大发工业机器人财。
工业型机器人需求掘起,可望带动庞
晶片商与工业电脑厂正大举抢攻机器手臂与机器视觉运算应用商机。工业型机器人应用前景看好,连带让机器人内部控制元件的行情跟著看俏,包括MCU、DSP、FPGA、工控平台等解决方案供应商亦正大举献计,期许能顺著工业智慧自动化的潮流,大发工业机器人财。
工业型机器人需求掘起,可望带动庞大市场商机。工业型机器人的核心能力在于智慧感测以及运动控制(MotionControl);而目前最普遍的工业型机器人样态即是模仿人类手臂的机器手臂。
机器手臂已开始在智慧工厂的产线上发挥重要功能,成为智慧製造中不可或缺的要角。机器手臂可取代人工进行焊接、涂装及装配等流程,达到更经济、快速和准确完成标准的常规作业;而随著机器手臂日益受到重视,在机器手臂马达控制中担当重任的微控制器(MCU),亦可望跟著受惠。
机器手臂马达控制需求增MCU业者迎利多
意法半导体(ST)大中华暨南亚区产品行销经理杨正廉表示,由于工厂产线上单一具机器人或是机器手臂,通常涉及多种运作机制,彼此虽各司其职但也要互相协调,因此内建于机器人中的控制器或处理器更是身负重任,可望搭上此波工业自动化风潮的顺风车快速成长。
杨正廉进一步指出,在多种控制器或处理器中,又以MCU的市场前景最为可期。他解释,虽然MCU的处理效能比不上微处理器(MPU)、数位讯号处理器(DSP)或是现场可编程闸阵列(FPGA)等元件,不过由于目前智慧工厂产线上的机器人多以机器手臂为主,高精度、大型且完全拟真人的机器人还不普遍,而机器手臂注重的是马达控制效能,因此已在马达控制领域占有一席之地的MCU业者将最直接受惠。
据了解,机器人系统的自由度(DegreesofFreedom,DOF)高低取决于移动关节数目,关节数愈多,自由度越高,位移精准度也愈出色,然所须使用的马达数量就相对较多;换言之,愈精密的工业型机器人,其内建的马达数量愈多,也意味著控制器或处理器的数量将相应增加。
因此杨正廉表示,工业型机器人市场需求愈旺,对MCU业者来说商机也愈大;以单支机器手臂为例,其内建的控制器平均约有八成为MCU,剩下的才是MPU等高效能处理器。
为满足机器人马达控制应用,MCU业者除须提供易开发的嵌入式平台、设计工具及通用软体外,更要建立好MCU周边完善的通讯环境,亦即MCU须能处理各种工业通讯协议,包括控制区域网路汇流排(CANBUS)、通用序列汇流排(USB)、序列周边介面汇流排(SPI)、乙太网路、无线区域网路(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)等基本通讯。
另一方面,MCU运算效能亦须与时俱进。杨正廉指出,目前MCU的平均效能约介于80?100DMIPS之间,高阶MCU则上看200DMIPS,而为了助力工业型机器人的控制效能、精准度不断提升,未来MCU业者的首要开发目标是将效能提升至300?400DMIPS,同时持续优化周边元件的性能,如将类比数位转换器(ADC)从主流的12位元逐渐汰换成16位元;此外,也要戮力改善MCU对周边开发环境的IP支援。
值得注意的是,瞄准机器手臂马达控制应用,DSP也开始导入Cortex-M4核心。继MCU厂大举採用安谋国际(ARM)Cortex-M4核心后,亚德诺(ADI)与飞思卡尔(Freescale)等晶片业者,也竞相推出基于Cortex-M4核心的DSP解决方案,期利用ARM核心完整生态系统,加速马达系统开发商产品设计即上市时程,大举抢攻马达控制应用商机。
借力Cortex核心DSP商抢攻马达控制商机
亚德诺台湾区DSP/MCU产品技术经理郭兆桁表示,随著工业自动化逐渐往智慧自动化发展,产线上对于高效能且智慧化运作的机器人需求日益迫切,因此该公司决定採用Cortex-M4核心开发新的DSP方案,以实现更高精准度的马达控制,满足机器人智动化应用。
郭兆桁进一步指出,过去马达控制大多是MCU业者的天下,然而随著以Cortex-M4架构开发的DSP方案问世,DSP将可摆脱高成本及限于高阶影像运算应用的框架,跨足高阶马达控制市场,与MCU互争地盘。
郭兆桁提到,选用Cortex-M4架构开发产品的主要因素,是考量到ARM生态系统完整性。他解释,过去DSP厂大多是以自行开发的核心架构为基础;然而,若要跨足MCU应用大本营,也就是马达控制市场,则须选用软体架构、开发平台都较为完整,且元件相容性较高的ARM架构,较易吸引机器人马达控制系统开发商的青睐。
以Coretex-M4为核心打造的数位讯号处理器架构示意图
据了解,亚德诺的混合讯号处理器--ADSP-CM40x,即搭载一颗240MHzCortex-M4处理器核心,且为业界首款嵌入双通道16位元ADC的DSP。郭兆桁强调,亚德诺分别採用65奈米与0.25微米製程生产DSP处理器核心与ADC,使每个元件的效能得以发挥到极大值,并借力SINC滤波器,使其可直接採用分流电阻式电流检测系统架构中的隔离式Σ-Δ型调变器,因此可大幅提升马达控制效率。
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