自(zì)主机(jī)器人是智能机器(qì),无需人工(gōng)控(kòng)制或(huò)干预即可理解其环境并(bìng)从中导航。尽管自主机器人技术相对较(jiào)新,但已在工厂、仓库、城市和家庭等领域中广泛应用。例如,自主机器人可(kě)用(yòng)于在仓库周(zhōu)围运输货物(如图 1 所示),或执行最后一英里配(pèi)送(sòng),而(ér)其他类型的(de)机器人可用(yòng)于家庭吸尘(chén)清洁(jié)或修剪草坪。

图(tú) 1:机器人(rén)在仓库周围运输货物(wù)。
要实现自(zì)主性,机器人需能够在(zài)地图环境(jìng)中自我感知和定(dìng)位,动态检(jiǎn)测周围(wéi)的障碍物,跟踪这些(xiē)障碍(ài)物,规划(huá)到(dào)达指定目的地(dì)的路线(xiàn),并控制车辆遵循该路线。此外,机器人必须只(zhī)能在安全的情况下执行这些(xiē)任务,避免对人身、财产或系统本身带来风险。随(suí)着人与机器人的互动愈(yù)加频繁(fán),它们(men)不仅需要具备自主性(xìng)、移动性(xìng)和节能(néng)性,还需要(yào)满足(zú)功能安(ān)全要求。借助传感器、处(chù)理(lǐ)器和控(kòng)制器件,设计(jì)人员(yuán)可满足国际电工(gōng)委员会 61508 等功能(néng)安全标(biāo)准的严格要求。
自主机器人检测的注意事项
可借助多(duō)种不同类型的传感器(qì)解决伴随自主机(jī)器人而来(lái)的挑战(zhàn)。下面(miàn)详细介绍一下(xià)其中(zhōng)的两类传感器:
视(shì)觉传感器。视觉传(chuán)感器(qì)可(kě)切实模拟人类的视觉和知觉。视觉系统(tǒng)可(kě)以应(yīng)对定位、障碍物检(jiǎn)测和防(fáng)撞(zhuàng)等(děng)挑战,因为(wéi)它们具(jù)有高(gāo)分辨率的空间覆盖(gài)能力,并且(qiě)能够(gòu)对(duì)物体(tǐ)进行(háng)检(jiǎn)测和分类。与激光雷达等传感器相比,视觉传感器也(yě)更具成本效(xiào)益,但视(shì)觉传感器是(shì)计算密(mì)集型(xíng)传感器。
耗(hào)电量大的中央处理器 (CPU) 和图形(xíng)处(chù)理器 (GPU) 可(kě)能会给功(gōng)耗受限的机器(qì)人(rén)系统带来挑战。设计节能机(jī)器人(rén)系统时,基于(yú) CPU 或 GPU 的(de)处(chù)理应尽可(kě)能少(shǎo)。高效视觉系统中的片上系统 (SoC) 应(yīng)以高速率、低功(gōng)耗和低系(xì)统成本处理视觉信号(hào)链。用于视(shì)觉处理的 SoC 必须智能、安全且节能(néng)。TDA4 处(chù)理器系列高度集成,采用异构架构(gòu)设计,旨(zhǐ)在以尽可能低的功耗提供计算机视觉性能、深度学习处理、立体视觉功能(néng)和视频分析。
TI 毫米波雷达(dá)。在机器(qì)人(rén)应用中使用 TI 毫(háo)米波雷达是一种相(xiàng)对(duì)新颖的(de)概念,但使用 TI 毫(háo)米波传感实现自主(zhǔ)性的理(lǐ)念(niàn)已(yǐ)经(jīng)有一段时间。在汽车应用中,TI 毫米(mǐ)波雷达是高(gāo)级驾(jià)驶辅助系统 (ADAS) 中的一个关键元件(jiàn),用于监控(kòng)车辆的周围环境。您可以将(jiāng)一些类似的 ADAS 概念(如环视监控或防(fáng)撞)应用于机器人领域(yù)。
从传感技术的(de)角度来看,TI 毫米波雷达具有一定独特性,因(yīn)为此类传感器可提(tí)供物(wù)体的距(jù)离、速度和到达角度信(xìn)息,能更好地(dì)指导(dǎo)机(jī)器(qì)人导航,从而避免撞(zhuàng)击(jī)。基于雷达传感器(qì)数据,机器人可以根据(jù)所接近人或物的位置、速度和轨迹,决定是继续安全行进,还是减速甚至停(tíng)止,如图 2 所示。

图(tú) 2:仓库(kù)机器人使用雷(léi)达(dá)传感。
利用传(chuán)感器融合和边(biān)缘 AI 解(jiě)决(jué)自主(zhǔ)机器人的复杂问题
对于(yú)更(gèng)复杂的(de)应用,任(rèn)何类型的(de)单个传感器可能不足以实现(xiàn)自主性。最终,摄像头或雷达这样的(de)多个传感器应该用于同一系(xì)统中才能相得益彰。通过传(chuán)感器融合,利用处理(lǐ)器中(zhōng)不同类型传感(gǎn)器(qì)的(de)数据有助于应对一些更(gèng)为复杂的自主机器(qì)人挑战。
传(chuán)感器(qì)融合有助于使机器人(rén)更加精准,而使(shǐ)用边缘(yuán)人工智(zhì)能 (AI) 可使机器人变得智(zhì)能。将边缘 AI 融(róng)入机(jī)器人系统可以帮助机(jī)器人智能地感(gǎn)知、做出(chū)决策和执(zhí)行(háng)操作。具有边缘 AI 的机器(qì)人可以智能地检测物体(tǐ)及其位置,对物体进行分类(lèi)并采取(qǔ)相应的(de)操作。例如,当机器人在(zài)杂乱的仓(cāng)库中导航时,边缘(yuán) AI 可以帮助机器人推断出其路径(jìng)上有什么(me)样的物体(包(bāo)括人员、箱子、机器,甚至其他机器人),并决定在这些(xiē)物体(tǐ)周围导航的合(hé)适操作。
在设计采用(yòng) AI 的机器人系统时,硬(yìng)件和软(ruǎn)件均有一些设计考虑事项(xiàng)。TDA4 处(chù)理(lǐ)器系列(liè)具有适用于边缘 AI 功能的硬件加速器(qì),能够帮(bāng)助实(shí)时(shí)处(chù)理计算密集型任务。能够访问易于使用的边缘 AI 软(ruǎn)件开发环境则有助于简化和加快应用程序开发(fā)和硬件部署过程(chéng)。您(nín)可(kě)以阅读“嵌入式边缘(yuán)AI应(yīng)用开发简化(huà)指(zhǐ)南”一文(wén),详细了解旨在助开(kāi)发一臂之力的 TI 免费(fèi)工具(jù)、软件和服(fú)务(wù)。
结语
设(shè)计更智能、更自主的机器人是继续提高自(zì)动化水(shuǐ)平的(de)必(bì)要条件。机(jī)器(qì)人(rén)可用于(yú)仓库和配(pèi)送领域(yù),从(cóng)而跟上(shàng)并促(cù)进电子(zǐ)商务的发展。机器人也可(kě)以执(zhí)行吸尘(chén)和除草等日常家务。使用自主机器人可以提高生产力和效(xiào)率,有助于改(gǎi)善我们(men)的生活,赋(fù)予生(shēng)活(huó)更(gèng)多价值(zhí)。