【導讀】隨著IT技術的高速發展，我們已經進入了全力打造智能型機器人的全新時代。 2015年世界智能型機器人市場約為269億美元，今后10年間，CAGR（年平均成長率）同比增長9%，至2025年世界機器人市場將高達669億美元。過去以制造業現場工廠自動化為主要應用領域，但目前機器人應用范圍在逐漸增加，應用領域已經涉及醫療、物流家庭等服務行業。
近年來工業機器人供應量在大多數行業都呈現出上漲的態勢。而服務機器人發展歷史較短。其在功能上的主要不同體現在兩個方面：一是與人的溝通協作；二是在復雜環境下代替人的部分工作。
機器人（robot）一詞，最早出現在1920年捷克科幻作家恰配克的《羅索姆的萬能機器人》中，原文作“Robota”，后來成為英文中通行的 “Robot”。更科學的定義是1967年由日本科學家森政弘與合田周平提出的：“機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動 性、奴隸性等7個特征的柔性機器。”
國際機器人聯合會將機器人分為兩類，工業機器人和服務機器人。工業機器人是“一種應用于工業自動化的， 含有三個及以上的可編程軸的、自動控制的、可編程的、多功能執行機構，它可以是固定式的或移動式的”。服務機器人則是“一種半自主或全自主工作的機器人， 它能完成有益于人類健康的服務工作，但不包括從事生產的設備”。從定義可見，分類的標準是機器人的應用場合。
一般的機器人都由機械結構、控制驅動系統、感知系統、交互系統等部分組成。
圖1 一般機器人的系統構成
未來產業與服務應用相結合的世界機器人市場必將成為一種趨勢，為了迎合市場的需求，很多機器人解決方案順勢而出，比如機器人大腦采用Rockchip RK3288 為主平臺的，4核 Cortex-A17 處理器，主頻1.8GHz，內嵌最新一代GPU（Mali-T764）能順利支持高分辨率（3840X2160）顯示。機器人機身的部分采用NXP LPC54102 作為控制部分，驅動部分采用的是Toshiba TMPM375FSDMG 芯片，實現 FOC 適量控制。
一、基于 Rockchip RK3288 的新一代機器人大腦解決方案
1、功能框圖
2、功能描述
① RK3288 最小系統
② 支持 WIFI & BT 功能
③ 集成 HDMI、USB、SD 卡、外部擴展口
3、重要特征
① 4 核 Cortex-A17 處理器，主頻 1.8GHz，內嵌最新一代 GPU（Mali-T764）能順利支持高分辨率（3840X2160）顯示
② 符合 96Boards 接口定義
二、基于 NXP LPC54102和 Toshiba TMPM375FSDMG的輪式機器人方案
1、功能框圖
2、功能描述
① 可實現通過遙控器控制偏航角的方式控制機器人的運動方向
② 可控制機器人的速度和運動距離
3、重要特征
① 采用九軸傳感器，通過姿態算法來完成機器人的運動控制
② 機器人驅動板采用的是Toshiba TMPM375FSDMG，實現 FOC 適量控制
三、基于NXP低功耗藍牙控制的機器人設計方案
Bluetooth® Low Energy （BLE）控制的機器人參考設計采用FRDM-KW40板和Pololu Zumo機器人開發，并且可以通過手機APP控制。BLE控制的機器人基于KineTIs KW40Z片上系統（SOC），該系統包括一個ARM® Cortex® M0+處理器，并配有面向BLE和802.15.4的2.4 GHz無線電。它采用HID over GATT配置文件實施，用作人機接口設備。該軟件提供的特性包括：BLE數據到手機app的傳輸、電機控制和電池監測，等等。
1、低功耗藍牙控制的機器人系統框圖
2、低功耗藍牙控制的機器人參考設計特性
其中包括恩智浦超低功耗的KineTIs KW40Z SoC，它為便攜式、超低功耗的嵌入式系統提供Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy （BLE） v4.1和/或IEEE® 802.15.4-2011射頻連接
使用KineTIs軟件開發工具包（SDK）開發，面向KineTIs MCU提供全面的軟件支持，包括一個硬件抽象層（HAL）、每個MCU外設的驅動、連接堆棧、中間件、實時操作系統以及應用示例，旨在簡化和加快基于Kinetis微控制器的應用開發。
3、支持器件
KW40Z： Kinetis® KW40Z-2.4 GHz雙模式：BLE和802.15.4無線連接微控制器（MCU），基于ARM® Cortex®-M0+內核
KW40Z是一款高集成度的單芯片器件，讓便攜式、超低功耗的嵌入式系統具備Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy （BLE） v4.1和IEEE® 802.15.4-2011射頻連接。應用包括便攜式醫療設備、可穿戴的運動和健身設備、AV遙控器、電腦鍵盤和鼠標、游戲控制器、門禁、安防系統、智能 能源和家庭網絡。
KW40Z MCU集成了一個2.4 GHz收發器，支持多種FSK/GFSK和O-QPSK調制，一個ARM® Cortex®-M0+ 處理器，160 KB閃存和20 KB SRAM，BLE鏈路層硬件，802.15.4分組處理器，硬件安全和外圍設備，優化后滿足目標應用的要求。KW40Z擁有足夠的片上內存，可為多模應用 同時運行Bluetooth Low Energy協議棧和IEEE 8021.5.4 MAC/PHY。
特性
多協議無線電方面：
- 符合2.4 GHz Bluetooth Low Energy V4.1
- 符合IEEE Std. 802.15.4-2011標準
- 典型的接收靈敏度（BLE） = -91 dBm
- 典型的接收靈敏度（802.15.4） = -102 dBm
- 發射輸出功率可設置：-20 dBm至+5 dBm
內核和存儲器方面：
- 高達48 MHz ARM® Cortex-M0+內核
- 片上160 KB閃存
- 片上20 KB SRAM
功耗低，工作電壓范圍：
- 9個低功耗模式，根據應用需求提供優化的電源
- 典型接收/發送電流（直流/支持直流）： 6.5 mA / 8.4 mA
- 旁路電壓：1.71V至3.6V
- DCDC轉換器降壓配置：2.1V至4.2V
- DCDC轉換器升壓配置：0.9V 至1.795V
模擬模塊：
- 16位模數轉換器（ADC）
- 12位數模轉換器 （DAC）
- 6位高速模擬比較器（CMP）
安全性：
AES-128加速器（AESA），真隨機數發生器（TRNG）
支持軟件：
- BLE主機協議棧和配置文件、802.15.4 MAC和SMAC
- Kinetis®軟件開發套件（SDK）
- FreeRTOS內核和裸機非搶占任務調度器
小結
在危險環境中的應用和成為人們工作生活的助手是未來機器人發展的兩大趨勢。當然了，要讓機器人真的像人一樣工作，成為人的助手，還具有相當大的挑戰性。
首先，需要解決機器人在復雜環境中的運動能力。其次，提升感知和決策能力。對無人車來說，速度快是主要特點之一。如何在高速運動時，對時刻變化的環境做出合適的反應，決定了無人車的安全性，也是無人車產業化的最大障礙之一。眾所周知，機器感知和決策的方式完全不同于人類，人類的感知具有極強的選擇性，先前景后背景、先動態后靜態、先非常態后常態等原則， 讓人能夠迅速地在復雜環境中發現目標。這種能力是非常值得機器人研究和效仿的。
總之，近年來市場對機器人的需求持續攀升，各國政府、相關研究機構和企業，都非常重視機器人技術的發展，投入了大量的資源，機器人技術的發展呈現良好態勢。而機器人技術中的高精尖問題，更激發著全球眾多優秀的機器人研發團隊不斷創新，開拓進取。在未來，機器人必將成為日常生活中必不可少的工具，帶給人們更加舒適便捷的生活。
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