【導(dǎo)讀】自主機(jī)器人是智能機(jī)器，無需人工控制或干預(yù)即可理解其環(huán)境并從中導(dǎo)航。盡管自主機(jī)器人技術(shù)相對(duì)較新，但已在工廠、倉(cāng)庫(kù)、城市和家庭等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
自主機(jī)器人是智能機(jī)器，無需人工控制或干預(yù)即可理解其環(huán)境并從中導(dǎo)航。盡管自主機(jī)器人技術(shù)相對(duì)較新，但已在工廠、倉(cāng)庫(kù)、城市和家庭等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。例如，自主機(jī)器人可用于在倉(cāng)庫(kù)周圍運(yùn)輸貨物（如圖 1 所示），或執(zhí)行最后一英里配送，而其他類型的機(jī)器人可用于家庭吸塵清潔或修剪草坪。
圖 1：機(jī)器人在倉(cāng)庫(kù)周圍運(yùn)輸貨物。
要實(shí)現(xiàn)自主性，機(jī)器人需能夠在地圖環(huán)境中自我感知和定位，動(dòng)態(tài)檢測(cè)周圍的障礙物，跟蹤這些障礙物，規(guī)劃到達(dá)指定目的地的路線，并控制車輛遵循該路線。此外，機(jī)器人必須只能在安全的情況下執(zhí)行這些任務(wù)，避免對(duì)人身、財(cái)產(chǎn)或系統(tǒng)本身帶來風(fēng)險(xiǎn)。隨著人與機(jī)器人的互動(dòng)愈加頻繁，它們不僅需要具備自主性、移動(dòng)性和節(jié)能性，還需要滿足功能安全要求。借助傳感器、處理器和控制器件，設(shè)計(jì)人員可滿足國(guó)際電工委員會(huì) 61508 等功能安全標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求。
自主機(jī)器人檢測(cè)的注意事項(xiàng)
可借助多種不同類型的傳感器解決伴隨自主機(jī)器人而來的挑戰(zhàn)。下面詳細(xì)介紹一下其中的兩類傳感器：
視覺傳感器。視覺傳感器可切實(shí)模擬人類的視覺和知覺。視覺系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)定位、障礙物檢測(cè)和防撞等挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兙哂懈叻直媛实目臻g覆蓋能力，并且能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行檢測(cè)和分類。與激光雷達(dá)等傳感器相比，視覺傳感器也更具成本效益，但視覺傳感器是計(jì)算密集型傳感器。
耗電量大的中央處理器 (CPU) 和圖形處理器 (GPU) 可能會(huì)給功耗受限的機(jī)器人系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)節(jié)能機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，基于 CPU 或 GPU 的處理應(yīng)盡可能少。高效視覺系統(tǒng)中的片上系統(tǒng) (SoC) 應(yīng)以高速率、低功耗和低系統(tǒng)成本處理視覺信號(hào)鏈。用于視覺處理的 SoC 必須智能、安全且節(jié)能。TDA4 處理器系列高度集成，采用異構(gòu)架構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在以盡可能低的功耗提供計(jì)算機(jī)視覺性能、深度學(xué)習(xí)處理、立體視覺功能和視頻分析。
TI 毫米波雷達(dá)。在機(jī)器人應(yīng)用中使用 TI 毫米波雷達(dá)是一種相對(duì)新穎的概念，但使用 TI 毫米波傳感實(shí)現(xiàn)自主性的理念已經(jīng)有一段時(shí)間。在汽車應(yīng)用中，TI 毫米波雷達(dá)是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 中的一個(gè)關(guān)鍵元件，用于監(jiān)控車輛的周圍環(huán)境。您可以將一些類似的 ADAS 概念（如環(huán)視監(jiān)控或防撞）應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。
從傳感技術(shù)的角度來看，TI 毫米波雷達(dá)具有一定獨(dú)特性，因?yàn)榇祟悅鞲衅骺商峁┪矬w的距離、速度和到達(dá)角度信息，能更好地指導(dǎo)機(jī)器人導(dǎo)航，從而避免撞擊?；诶走_(dá)傳感器數(shù)據(jù)，機(jī)器人可以根據(jù)所接近人或物的位置、速度和軌跡，決定是繼續(xù)安全行進(jìn)，還是減速甚至停止，如圖 2 所示。
圖 2：倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人使用雷達(dá)傳感。
利用傳感器融合和邊緣 AI 解決自主機(jī)器人的復(fù)雜問題
對(duì)于更復(fù)雜的應(yīng)用，任何類型的單個(gè)傳感器可能不足以實(shí)現(xiàn)自主性。最終，攝像頭或雷達(dá)這樣的多個(gè)傳感器應(yīng)該用于同一系統(tǒng)中才能相得益彰。通過傳感器融合，利用處理器中不同類型傳感器的數(shù)據(jù)有助于應(yīng)對(duì)一些更為復(fù)雜的自主機(jī)器人挑戰(zhàn)。
傳感器融合有助于使機(jī)器人更加精準(zhǔn)，而使用邊緣人工智能 (AI) 可使機(jī)器人變得智能。將邊緣 AI 融入機(jī)器人系統(tǒng)可以幫助機(jī)器人智能地感知、做出決策和執(zhí)行操作。具有邊緣 AI 的機(jī)器人可以智能地檢測(cè)物體及其位置，對(duì)物體進(jìn)行分類并采取相應(yīng)的操作。例如，當(dāng)機(jī)器人在雜亂的倉(cāng)庫(kù)中導(dǎo)航時(shí)，邊緣 AI 可以幫助機(jī)器人推斷出其路徑上有什么樣的物體（包括人員、箱子、機(jī)器，甚至其他機(jī)器人），并決定在這些物體周圍導(dǎo)航的合適操作。
在設(shè)計(jì)采用 AI 的機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，硬件和軟件均有一些設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)。TDA4 處理器系列具有適用于邊緣 AI 功能的硬件加速器，能夠幫助實(shí)時(shí)處理計(jì)算密集型任務(wù)。能夠訪問易于使用的邊緣 AI 軟件開發(fā)環(huán)境則有助于簡(jiǎn)化和加快應(yīng)用程序開發(fā)和硬件部署過程。您可以閱讀“嵌入式邊緣AI應(yīng)用開發(fā)簡(jiǎn)化指南”一文，詳細(xì)了解旨在助開發(fā)一臂之力的 TI 免費(fèi)工具、軟件和服務(wù)。
結(jié)語
設(shè)計(jì)更智能、更自主的機(jī)器人是繼續(xù)提高自動(dòng)化水平的必要條件。機(jī)器人可用于倉(cāng)庫(kù)和配送領(lǐng)域，從而跟上并促進(jìn)電子商務(wù)的發(fā)展。機(jī)器人也可以執(zhí)行吸塵和除草等日常家務(wù)。使用自主機(jī)器人可以提高生產(chǎn)力和效率，有助于改善我們的生活，賦予生活更多價(jià)值。
(來源：德州儀器）
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