盤點芯片商瓜分工業(yè)機器人的“吃相”

晶片商與工業(yè)電腦廠正大舉搶攻機器手臂與機器視覺運算應(yīng)用商機。工業(yè)型機器人應(yīng)用前景看好，連帶讓機器人內(nèi)部控制元件的行情跟著看俏，包括MCU、DSP、FPGA、工控平臺等解決方案供應(yīng)商亦正大舉獻計，期許能順著工業(yè)智慧自動化的潮流，大發(fā)工業(yè)機器人財。

工業(yè)型機器人需求掘起，可望帶動龐

晶片商與工業(yè)電腦廠正大舉搶攻機器手臂與機器視覺運算應(yīng)用商機。工業(yè)型機器人應(yīng)用前景看好，連帶讓機器人內(nèi)部控制元件的行情跟著看俏，包括MCU、DSP、FPGA、工控平臺等解決方案供應(yīng)商亦正大舉獻計，期許能順著工業(yè)智慧自動化的潮流，大發(fā)工業(yè)機器人財。

工業(yè)型機器人需求掘起，可望帶動龐大市場商機。工業(yè)型機器人的核心能力在于智慧感測以及運動控制(MotionControl)；而目前最普遍的工業(yè)型機器人樣態(tài)即是模仿人類手臂的機器手臂。

機器手臂已開始在智慧工廠的產(chǎn)線上發(fā)揮重要功能，成為智慧製造中不可或缺的要角。機器手臂可取代人工進行焊接、涂裝及裝配等流程，達到更經(jīng)濟、快速和準(zhǔn)確完成標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)作業(yè)；而隨著機器手臂日益受到重視，在機器手臂馬達控制中擔(dān)當(dāng)重任的微控制器(MCU)，亦可望跟著受惠。

機器手臂馬達控制需求增MCU業(yè)者迎利多

意法半導(dǎo)體(ST)大中華暨南亞區(qū)產(chǎn)品行銷經(jīng)理楊正廉表示，由于工廠產(chǎn)線上單一具機器人或是機器手臂，通常涉及多種運作機制，彼此雖各司其職但也要互相協(xié)調(diào)，因此內(nèi)建于機器人中的控制器或處理器更是身負重任，可望搭上此波工業(yè)自動化風(fēng)潮的順風(fēng)車快速成長。

楊正廉進一步指出，在多種控制器或處理器中，又以MCU的市場前景最為可期。他解釋，雖然MCU的處理效能比不上微處理器(MPU)、數(shù)位訊號處理器(DSP)或是現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA)等元件，不過由于目前智慧工廠產(chǎn)線上的機器人多以機器手臂為主，高精度、大型且完全擬真人的機器人還不普遍，而機器手臂注重的是馬達控制效能，因此已在馬達控制領(lǐng)域占有一席之地的MCU業(yè)者將最直接受惠。

據(jù)了解，機器人系統(tǒng)的自由度(DegreesofFreedom,DOF)高低取決于移動關(guān)節(jié)數(shù)目，關(guān)節(jié)數(shù)愈多，自由度越高，位移精準(zhǔn)度也愈出色，然所須使用的馬達數(shù)量就相對較多；換言之，愈精密的工業(yè)型機器人，其內(nèi)建的馬達數(shù)量愈多，也意味著控制器或處理器的數(shù)量將相應(yīng)增加。

因此楊正廉表示，工業(yè)型機器人市場需求愈旺，對MCU業(yè)者來說商機也愈大；以單支機器手臂為例，其內(nèi)建的控制器平均約有八成為MCU，剩下的才是MPU等高效能處理器。

為滿足機器人馬達控制應(yīng)用，MCU業(yè)者除須提供易開發(fā)的嵌入式平臺、設(shè)計工具及通用軟體外，更要建立好MCU周邊完善的通訊環(huán)境，亦即MCU須能處理各種工業(yè)通訊協(xié)議，包括控制區(qū)域網(wǎng)路匯流排(CANBUS)、通用序列匯流排(USB)、序列周邊介面匯流排(SPI)、乙太網(wǎng)路、無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)、藍牙(Bluetooth)等基本通訊。

另一方面，MCU運算效能亦須與時俱進。楊正廉指出，目前MCU的平均效能約介于80?100DMIPS之間，高階MCU則上看200DMIPS，而為了助力工業(yè)型機器人的控制效能、精準(zhǔn)度不斷提升，未來MCU業(yè)者的首要開發(fā)目標(biāo)是將效能提升至300?400DMIPS，同時持續(xù)優(yōu)化周邊元件的性能，如將類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)從主流的12位元逐漸汰換成16位元；此外，也要戮力改善MCU對周邊開發(fā)環(huán)境的IP支援。

值得注意的是，瞄準(zhǔn)機器手臂馬達控制應(yīng)用，DSP也開始導(dǎo)入Cortex-M4核心。繼MCU廠大舉採用安謀國際(ARM)Cortex-M4核心后，亞德諾(ADI)與飛思卡爾(Freescale)等晶片業(yè)者，也競相推出基于Cortex-M4核心的DSP解決方案，期利用ARM核心完整生態(tài)系統(tǒng)，加速馬達系統(tǒng)開發(fā)商產(chǎn)品設(shè)計即上市時程，大舉搶攻馬達控制應(yīng)用商機。

借力Cortex核心DSP商搶攻馬達控制商機

亞德諾臺灣區(qū)DSP/MCU產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)理郭兆桁表示，隨著工業(yè)自動化逐漸往智慧自動化發(fā)展，產(chǎn)線上對于高效能且智慧化運作的機器人需求日益迫切，因此該公司決定採用Cortex-M4核心開發(fā)新的DSP方案，以實現(xiàn)更高精準(zhǔn)度的馬達控制，滿足機器人智動化應(yīng)用。

郭兆桁進一步指出，過去馬達控制大多是MCU業(yè)者的天下，然而隨著以Cortex-M4架構(gòu)開發(fā)的DSP方案問世，DSP將可擺脫高成本及限于高階影像運算應(yīng)用的框架，跨足高階馬達控制市場，與MCU互爭地盤。

郭兆桁提到，選用Cortex-M4架構(gòu)開發(fā)產(chǎn)品的主要因素，是考量到ARM生態(tài)系統(tǒng)完整性。他解釋，過去DSP廠大多是以自行開發(fā)的核心架構(gòu)為基礎(chǔ)；然而，若要跨足MCU應(yīng)用大本營，也就是馬達控制市場，則須選用軟體架構(gòu)、開發(fā)平臺都較為完整，且元件相容性較高的ARM架構(gòu)，較易吸引機器人馬達控制系統(tǒng)開發(fā)商的青睞。

以Coretex-M4為核心打造的數(shù)位訊號處理器架構(gòu)示意圖

據(jù)了解，亞德諾的混合訊號處理器--ADSP-CM40x，即搭載一顆240MHzCortex-M4處理器核心，且為業(yè)界首款嵌入雙通道16位元ADC的DSP。郭兆桁強調(diào)，亞德諾分別採用65奈米與0.25微米製程生產(chǎn)DSP處理器核心與ADC，使每個元件的效能得以發(fā)揮到極大值，并借力SINC濾波器，使其可直接採用分流電阻式電流檢測系統(tǒng)架構(gòu)中的隔離式Σ-Δ型調(diào)變器，因此可大幅提升馬達控制效率。

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