機器人作為現代工業文明的集大成者，被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”。
1958年，Unimation生產出世界第一臺機械手臂，即現在俗稱的機器人。此后，在經過一番打磨，第一臺Unimation機器人于1961年被部署于通用汽車(GM)新澤西州工廠，這也是有史可查的第一臺機器人用于工業。
據國際機器人聯合會IFR最新數據顯示，2022年全球工業機器人安裝量同比增長5%，高達55.3萬臺，其中73%的新部署機器人安裝在亞洲，15%安裝在歐洲，10%安裝在美洲。數據還顯示，僅當前全球汽車制造行業機器人保有量就突破百萬臺。
說起機器人執行指令，繞不開 “運動控制“。簡而言之，運動控制就是對機械運動部件的位置、速度等進行實時的控制管理，使其按照預期的運動軌跡和規定的運動參數進行運動。而運動控制與伺服系統息息相關。
從驅動執行來看，當前主流的伺服驅動器由伺服控制單元、功率驅動單元、通訊接口單元組成。安森美電源方案事業群技術營銷工程師Hunter Freberg表示：“智能機器人需要復雜的算法和高效緊湊輕便的驅動器，三相 BLDC 電機廣泛用于機器人和工業驅動器。”安森美提供多個BLDC電機控制解決方案，包括ECS640A ecoSpin? 電機控制器 UCB、NCP81075柵極驅動器，以及可用于加速 AMR 執行器開發的電源板。
德州儀器工業系統部門電機驅動及機器人總經理趙向源表示：“微控制器和集成電機驅動器等電機控制半導體的進步正在增強機器人的移動方式。”在驅動方向，德州儀器C2000? 32 位 TMS320F28P650DK MCU等器件可以集成用于診斷的安全外圍設備，以簡化符合國際標準化組織 (ISO) 10218 的設計。LMG3422R050 等氮化鎵場效應晶體管具有集成柵極驅動器，可將功率級效率提高到99%以上，從而使集成電機能夠減少或消除對散熱器的需求。
早在1969年，安川電機就提出了“機電一體化”概念。該詞由表示機械工程的“Mechanism”和表示電氣工程“Electronics”融合而成，其中包含該公司對自動化的理解。目前，多數伺服驅動器具有獨立的控制系統，集成了控制芯片，已形成驅控一體化。
為了針對實時控制 MCU 領域的多樣化選擇，德州儀器還推出了一條 Sitara? MCU:AM2x 系列產品線，可以更好地滿足實時響應控制的需求。該產品集成了快速數據采集功能和精確的實時控制外設，可高速輸入和處理數據。當控制機械臂電機的單個 MCU 集成了音頻、電流和位置傳感接口，機器人與人類協作的安全性將逐步提高，而無需額外的 MCU。
趙向源表指出，就控制系統而言，視覺分析使機器人感知周圍環境的能力顯著增強，也能更好提升了機器人以協作方式工作或獨立操作的能力。德州儀器Jacinto? 系列處理器可以實現多種控制系統的功能，如機器人視覺系統(RVS)、機器人導航系統(RNS)等。TDA4 處理器集成了多達兩個 Arm?-Cortex?-A72 微處理器內核，也是業界最高效的深度學習加速器，可實現低功耗的高性能邊緣人工智能應用。
為了確保對終端任務的精確控制，如在裝配線上拾取和放置物體或確保操作人員的安全，必須為每個旋轉點提供準確的角度位置測量。事實上，機器人終端功能的精度歸根結底受限于每個可動關節所能達到的累積精度。執行關節運動控制的傳感完全依賴于編碼器，編碼器是伺服系統除電機和驅動外的又一核心零部件。
雖然電感式編碼器的特性使其在工業應用非常有吸引力，但歷來用例僅限于低轉速和不需要高精度的應用。安森美利用其20多年設計電感式傳感器的專業經驗，將電感式編碼器的可靠優勢與中高端光學編碼器通常具有的高精度與高轉速相結合。安森美應用工程師Bob Card表示：“NCS32100 是一款工業用旋轉位置傳感器，兼具高精度與高速度優勢。它采用 38mm傳感器，可在6,000 RPM時提供+/-50角秒的精度。對于低精度應用，它支持高達 100,000 RPM 的轉速。該器件采用專利方法來實現電感位置感知，非常適用于工業和機器人應用。”
國際標準化定義的機器人是一種能夠通過編程和自動控制來執行諸如作業或移動等任務的機器。現在隨著人工智能、融合感知、數字孿生、結構仿生為代表的新技術交叉融合，推動機器人在感知、決策、執行等方面更加智能化，同時其應用范圍也在不斷得到拓展。
感知系統是機器人的“大腦”，憑借感知技術通過獲取和分析力覺、觸覺、視覺、位置等信息，機器人才實現對于外部環境和狀態的理解，并把這些信息反饋給控制系統，為人機的智能交互和柔性作業提供決策依據。
提及機器人感知技術，最先想到就是視覺和環境感知傳感器，其包括了為攝像頭、雷達(毫米波、激光、超聲波等)、紅外傳感器、GPS、IMU等，用以識別、測量、定位、檢測等主要功能。
安森美智能感知事業群汽車生態體系高級經理Steve Harris表示：“圖像傳感器和圖像信號處理器賦予機器人視覺感知功能，使其能夠穿行于所在環境，檢測和識別物體。”據悉，安森美的高分辨率傳感器從 800萬像素到4500萬像素不等，使機器人能夠讀取標簽并準確地將物體放置在預定的目的地。采用全局快門的領先圖像傳感器，可以同時曝光所有像素，以降低圖像中出現偽影的可能性。“
在機器人應用中，會實施基于機器視覺的AI與先進技術來執行關鍵功能。要想提高對象檢測和識別能力，需要解決在不利光照條件下，對運動中的對象和更遠距離的精細細節捕獲圖像的難題。安森美的AR0822傳感器具備eHDR 功能，可解決工程師在開發自主機器視覺系統時面臨的復雜設計挑戰。安森美工業感知部高級總監Guy Nicholson補充道：“憑借優化的低功耗運行，RSL10通過集成的云服務提供先進的AI和機器學習(ML)功能，它還可用于開發‘能運行超過十年而不需要維護’的遠程機器視覺系統。“
德州儀器眼中的“智能機器人”是指能夠感知、理解和交互的機器人，它們可以在各種環境中自主地執行任務，同時與人類和其他機器人協作。前幾代工廠自動化機器人依靠六到八軸(或自由度)的運動控制來協調其運動。但協作機器人現在可以使用數十個軸進行操作，從而實現更詳細和精確的運動，而傳感技術使這種精度成為可能。趙向源稱，攝像頭和德州儀器的毫米波(mmWave)技術協同工作可以幫助協作機器人檢測人員及其動作，使它們能夠安全地協同工作。
在自主機器人領域，德州儀器利用視覺傳感器和高效視覺系統中的片上系統 (SoC) 來實現高分辨率的空間覆蓋范圍、物體檢測和分類、深度學習處理和視頻分析等功能。比如德州儀器此前推出的六款基于 Arm? Cortex? 的視覺處理器系列，包括 AM62A、AM68A 和 AM69A 處理器，使設計人員能夠在機器視覺和自主移動機器人等應用中。
在智能移動機器人的研發過程中，自主導航是門檻高的技術之一，也是其自動運行的核心技術，包含了定位、建圖與路徑規劃。其中，自主導航常用的技術是同步定位與地圖構建技術 (SLAM)。趙向源指出，德州儀器的雙芯片級聯雷達解決方案利用了基于毫米波傳感器的成像雷達技術和 AM2732 MCU，能夠實現基于雷達的同步定位與地圖構建以及自主移動機器人的自主導航。
此外，德州儀器還能通過傳感器融合和邊緣人工智能來解決更復雜的自主機器人問題，例如環視監控、防撞、物體推斷和路徑規劃等。除了硬件支持，德州儀器還使用了邊緣人工智能軟件開發環境來簡化和加快應用程序開發和硬件部署流程。
近年來，隨著機器人的大量部署，如何精準做到對機器人的日常監測到預防性維護等，正在成為行業所面臨的重要挑戰。
比如，在工廠生產線，制造機器人可能會因硬件故障而意外發生故障，而維修費用非常昂貴。其中一些故障，例如磨損的齒輪、電機和機械互連，可能早在完全故障事件發生之前就已經可見。趙向源指出，通過使用振動傳感和邊緣人工智能等技術，預測性維護可以在潛在的設備故障發生之前檢測到潛在的設備故障。
據悉，德州儀器為智能機器人提供了一套具有振動傳感和邊緣人工智能的預測維護系統，可以實時監測和分析機器人的運行狀態，預防故障和性能下降，延長機器人的使用壽命。該系統包括：IEPE傳感器板 、邊緣處理板 、網關載板、云端或操作技術平臺等。
從2014年KUKA(庫卡)機器人對陣知名的乒乓球運動員；到2015年安川機器人揮刀“劈豆莢”勝過知名武士；再到2021年ABB Yumi在春晚舞臺 “揮毫潑墨”；以及雅馬哈利用工業機器人技術推出駕駛摩托的機器人MotoBot(最高時速可達200KM/H)，這些動作敏捷、運行精準，充滿力量和韌性，且“多才多藝”的智能機器人正越來越討人喜愛。
除工業機器人之外，近年來人形或仿生機器人也開始受到很大關注。雖然起步較早的ASIMO已退役，但本田公司依舊在進行升級技術研發。此外，在2021年面世的特斯拉人形機器人Optimus，以及2023年波士頓動力公司發布的仿人機器人，都成為了業界關注的焦點。
本田人形機器人進化
人形機器人潛在市場廣闊
人形機器人潛在市場可達千億。據Markets and Markets對人形機器人市場的預測，其市場規模將從2023年的18億美元增長至2028年的138億美元，其復合年增長率可達50.2%。另據高盛一份報告預估，未來10到15年內，人形機器人市場至少可實現60億美元的規模，甚至在最理想的情景下(產品設計、用例、技術、可負擔性和公共接受度等障礙被克服)，2035年市場規模或將達1540億美元。
2022年10月，特斯拉人形機器人Optimus正式推出。Optimus高度為1.72米，重73 公斤，最高時速達到8公里，并且能夠完成搬運貨物、給植物澆水和移動金屬棒等工作。今年9月，Optimus能夠僅依靠視覺來對物體進行分類，還能完成瑜伽動作。根據視頻內容顯示，該機器人采用了類似于特斯拉自動駕駛技術 FSD 12 的端到端神經網絡控制：視頻輸入，控制輸出，并由此來控制各個部件和關節的移動。
人形機器人由于其復雜的交互性，需要各類傳感器的集成，包括力矩傳感器，拉壓力傳感器、編碼器、溫度傳感器、六力傳感器和慣導傳感器等。隨著產業鏈的不斷完善和市場的持續成熟，未來人形機器人產業化將帶給傳感器更多機會。
比如，力矩傳感器用于監測、檢測、記錄施加在其上的線性力和旋轉力，將力信號轉化為電信號，不僅在協作機器人關節以及人形機器人關節、足部和靈巧手中均有廣泛應用，并且還大量被使用于協作機器人打磨、拋光碰撞檢測等領域。據Global Information測算，全球力傳感器市場預計將從2021 年的74.3 億美元增長到2027 年的126.6 億美元。
未來智能機器人若要模擬人體的觸覺，以及實現人體皮膚對溫度、濕度等外界物理量的感知，則柔性電子皮膚(柔性傳感器)可能是最佳路徑之一，其將為機器人提供觸覺。
另外，機器人位移姿態的檢測的穩定性控制，主要依賴于IMU(慣性測量單元)。IMU 為慣性測量單元，是測量物體三軸姿態角(或角速率)以及加速度的裝置，大多用在汽車和機器人，一般MEMS IMU結合了MEMS 陀螺儀和MEMS 加速計，其中，陀螺儀用于感知物體運動的角速率，加速度計用于感知物體運動的線加速度，二者輔以時間維度進行運算后可得出物體相對于初始位置的偏離，進而獲得物體的運動狀態，包括當前位置、方向和速度。根據Yole 數據，預計2022年世界MEMS 慣性傳感器市場規模約35億美元，2025年達到43 億美元，而高性能市場規模約7.1 億美元(含MEMS 慣性傳感器系統)。
在機器人中，通信系統也是重要的組成部分之一。沒有通信系統，傳感器采集的機器人內外部信息不能送達機載計算機;沒有通信系統，機載計算機的控制指令不能送達驅動部分，機器人將無法實現預期的運動。
德州儀器認為，無線連接成為與傳感器融合、邊緣計算等智能機器人發展需要的三個關鍵技術趨勢之一。鑒于此，德州儀器支持廣泛的工業通信標準：從串行接口到工業以太網，以及諸如具備時效性的網絡體系和單對以太網等新技術。趙向源表示：“實時通信是機器人非常重要的通信要求，德州儀器的處理器和MCU都可以支持這些通信方式。德州儀器的工業實時以太網模塊可以通過單個硬件以及其他不同部件來實現不同協議的支持，很大程度上節省硬件設計的成本。”
Bob Card則指出：“工業以太網通信協議提供高速通信功能，用于實時控制和協調。”安森美NCN26010 10BASE-T1S工業以太網收發器，可利用現有的雙絞線布線實現工業應用的多分支以太網通信。
除硬件支持外，完善的軟件和算法支持同等重要。針對不同的產品、不同的應用，安森美提供全套的軟件和工具，包括評估/開發工具、仿真工具、仿真模型等等。安森美先進方案事業群工業業務及方案應用管理 Theo Kersje舉例指出，安森美的 RSL1x 軟件開發套件 (SDK)提供完整的基于 Eclipse 的集成開發環境(IDE)，含驅動程序、庫、示例代碼、開發工具和移動應用程序。由于 RSL15 提供最新的嵌入式安全技術，具有信任根(Root of Trust)，因此它還支持更多的軟件來管理器件安全功能、生命周期狀態和制造供應流程。
在軟件上，德州儀器可以支持深度學習庫，針對深度學習庫，德州儀器處理器基于相應的加速器做了優化，在使用方面，和典型的 TensorFlow 庫調用的 API 完全一致。
作為一套為Jacinto 處理器提供的機器人軟件開發環境，德州儀器Robotics SDK 是包含了一些軟件構建模塊和示例演示，可以用于機器人軟件開發。Robotics SDK 既包含了軟件，也包含了算法，例如深度學習、視覺、感知、定位等方面的算法。
作為精密性高科技產品，工業機器人甚至智能機器人，對于核心部件和芯片的穩定性和一致性要求極高，如何嚴格把控并交付高可靠性的產品成為半導體廠商的重要課題。
單一產品的質量和可靠性，取決于從構思、交付到最終用戶產品線的所有過程。即使產品設計在高可靠性范圍內，仍然可能會存在一些與制程相關的可靠性問題。Theo Kersje表示：“為了消除這些風險，我們必須了解限制性故障模式和機制，即通過故障的分析和反饋追溯至工藝薄弱點，并采取永久性的糾正措施。”這是通過精心規劃的晶圓及產品認證、縝密的設計方法、生產監控、制造控制和充分篩選來實現的。
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