市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的需求一直在迅猛增長。研究機(jī)構(gòu) Statista 舉例表明，到 2028 年，全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)將從 2021 年的 810 億美元倍增到超過 1,650 億美元。目前，建造機(jī)器人所需技術(shù)不但安全可靠，而且能夠與人類并肩運(yùn)行。不過，讓這些技術(shù)協(xié)作運(yùn)行是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。更為棘手的是，還需要融合人工智能，這使得滿足計(jì)算需求變得更為困難。為了跟上當(dāng)今快速的創(chuàng)新步伐，機(jī)器人專家轉(zhuǎn)而求助于自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)。它們能夠在模塊化平臺(tái)(可面向未來需求進(jìn)行擴(kuò)展)上實(shí)現(xiàn)時(shí)延更低的確定性多軸控制，而且內(nèi)置功能安全與信息安全功能。
本電子書將從當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)的常見挑戰(zhàn)開始向您詳細(xì)講述何為機(jī)器人?以及目前所存在的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是什么?并展望未來機(jī)器人技術(shù)，以及在引入自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)之后，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和基于 ROS 2操作系統(tǒng)的硬件加速方案。
機(jī)器人是設(shè)計(jì)用于執(zhí)行特定任務(wù)的復(fù)合系統(tǒng)。它是軟硬件的終極組合。機(jī)器人專家采用網(wǎng)絡(luò)、傳感器、致動(dòng)器與計(jì)算資源的組合創(chuàng)建旨在簡(jiǎn)化人類生活的精密機(jī)器。按照尺寸和用途可以分為：空中機(jī)器人、AGV/AMR機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、人形機(jī)器人、工業(yè)/直角坐標(biāo)機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人等。
當(dāng)今的眾多專業(yè)工業(yè)與醫(yī)療機(jī)器人都配備了兩種用于驅(qū)動(dòng)其行為的主要技術(shù)：CPU 用于管理形成計(jì)算圖的復(fù)雜數(shù)據(jù)與控制架構(gòu)，以及基于 FPGA 的自適應(yīng) SoC，用于獲取信號(hào)、對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并將信號(hào)傳輸?shù)?CPU 進(jìn)行進(jìn)一步處理。但是，大量計(jì)算性能依賴 CPU，其可以處理來自傳感器與機(jī)械致動(dòng)器的多個(gè)請(qǐng)求。但是，隨著計(jì)算圖復(fù)雜性的增加與類型的增多，CPU 即時(shí)響應(yīng)時(shí)間關(guān)鍵型事件所面臨的難度也會(huì)提高。此時(shí)，效率會(huì)開始下降，最終隨著 CPU 時(shí)延增加而導(dǎo)致機(jī)器人性能降低。而引入自適應(yīng) SoC 則可以幫助卸載時(shí)間敏感型計(jì)算負(fù)載、加速硬件中的部分計(jì)算功能從而恢復(fù)計(jì)算與響應(yīng)時(shí)間之間的平衡，以及降低并行執(zhí)行計(jì)算的總功耗。另外，ASIC 等其他技術(shù)確實(shí)可以改善響應(yīng)時(shí)間和緩解計(jì)算負(fù)載，但是機(jī)器人系統(tǒng)的特定特性要求具備現(xiàn)場(chǎng)硬件適應(yīng)性，以應(yīng)對(duì)不同的環(huán)境條件并提高網(wǎng)絡(luò)攻擊抵抗能力，而這不是一次軟件升級(jí)所能做到的。
機(jī)器人的未來會(huì)在邊緣需要更多 AI 處理。多傳感器分析與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用(包括預(yù)測(cè)性維護(hù)與故障檢測(cè))會(huì)采用 AI 在本地做出即時(shí)決策，而無需依賴基于云的傳感器數(shù)據(jù)處理。另一個(gè)趨勢(shì)是 5G 無線技術(shù)與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 的交匯。5G TSN 子系統(tǒng)可以通過促進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)之間的連接而推動(dòng)低時(shí)延、確定性時(shí)間敏感型工業(yè)與汽車應(yīng)用的融合。關(guān)鍵應(yīng)用包括工廠自動(dòng)化、智能能源、交通運(yùn)輸、ADAS 與車載信息娛樂系統(tǒng)。
自適應(yīng)計(jì)算將多核 CPU(以高度優(yōu)化的實(shí)時(shí)處理器及應(yīng)用處理器集群組織而成)等功能模塊與可編程邏輯、網(wǎng)格處理器及智能引擎結(jié)合在一起，從而在最理想的架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人工作負(fù)載的分配。如此強(qiáng)大的算力輔以功能安全能力，為機(jī)器人帶來了更加安全可靠的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，有助于避免數(shù)據(jù)泄露(降低機(jī)器人完整性并使其易受攻擊)。機(jī)器人是控制路徑與數(shù)據(jù)路徑的混合體，它們通過對(duì)外部事件(如視覺或傳感器刺激等)進(jìn)行響應(yīng)而做出動(dòng)作。自適應(yīng)計(jì)算使它們能夠?yàn)檎_的計(jì)算單元分配正確的計(jì)算負(fù)載。結(jié)合相關(guān)硬件可以實(shí)現(xiàn)全面的設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行時(shí)軟件，也就是說能夠?yàn)榇蛟旄叨褥`活和高效的系統(tǒng)提供更優(yōu)化的平臺(tái)。
提供強(qiáng)大的硬件加速支持
Kria? KR260 機(jī)器人入門套件是繼 KV260 視覺AI 套件和量產(chǎn)型 K26 SOM 之后，KRIA 產(chǎn)品系列的又一全新產(chǎn)品。它能夠在模塊化平臺(tái)(可面向未來擴(kuò)展)上實(shí)現(xiàn)時(shí)延更低的確定性多軸控制，且內(nèi)置功能安全與信息安全功能，專為機(jī)器人以及工業(yè)自動(dòng)化的開發(fā)人員打造以其熟悉的 ROS 2 為中心的開發(fā)體驗(yàn)，針對(duì)工廠、農(nóng)場(chǎng)、醫(yī)院和倉庫等應(yīng)用場(chǎng)景下的視覺、通信和控制等方面提供硬件加速的優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，自適應(yīng) SOM 的優(yōu)勢(shì)并不局限于硬件。
支持熟悉的軟件開發(fā)環(huán)境和框架
軟件開發(fā)者也可以利用面向自適應(yīng) SoC 的預(yù)置配置(如添加人臉識(shí)別算法)來加快設(shè)計(jì)周期。自適應(yīng) SOM 可以提供完整的固件基礎(chǔ)架構(gòu)，以便采用 Python、C++ 等大家熟知的軟件開發(fā)語言以及 TensorFlow、PyTorch 等深度學(xué)習(xí)框架，通過簡(jiǎn)單的現(xiàn)成加速通道運(yùn)行機(jī)器人應(yīng)用。
來自 Open Robotics 的機(jī)器人操作系統(tǒng) (ROS) 已經(jīng)成為面向機(jī)器人應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)平臺(tái)。ROS 包括用于開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用的開源軟件庫(如用于運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制)與工具(如仿真、測(cè)試、調(diào)試)，因此吸引日益增多的機(jī)器人專家為其開發(fā)與支持提供助力。
但是，在 ROS 工作流程中集成自適應(yīng)計(jì)算的大多數(shù)嘗試都是從硬件工程師的角度出發(fā)的。而大部分機(jī)器人專家并非熟悉嵌入式流程與硬件流程的專家。所以，在將自適應(yīng)計(jì)算直接集成到 ROS 生態(tài)系統(tǒng)之后可以為機(jī)器人專家提供其熟悉的用戶體驗(yàn)。
KRS (Kria 機(jī)器人堆棧)是一組集成的機(jī)器人庫和實(shí)用程序，它們使用硬件來加速工業(yè)級(jí)機(jī)器人解決方案的開發(fā)、維護(hù)和商業(yè)化。它采用 ROS 2 軟件開發(fā)套件 (SDK)，可實(shí)現(xiàn)以 ROS 2 為中心的開發(fā)方法，該方法從創(chuàng)建計(jì)算圖形到為應(yīng)用商店提供的 ROS 2 覆蓋工作區(qū)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。這樣機(jī)器人專家就能夠集中精力改進(jìn)計(jì)算圖，而不是努力成為硬件專家。
圖：Kria 機(jī)器人協(xié)議棧工具與組件
隨著 Kria KR260 機(jī)器人入門套件的發(fā)布，AMD 為AI 驅(qū)動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器視覺以及工業(yè)通信與控制等應(yīng)用提供了開箱即用的開發(fā)平臺(tái)，助力實(shí)現(xiàn)高性能、低時(shí)延與更快速的部署。
進(jìn)一步了解自適應(yīng)計(jì)算如何賦能機(jī)器人應(yīng)用，歡迎點(diǎn)擊下方圖片，報(bào)名參加 6月28日 10:00 – 11:30，AMD Xilinx 舉辦的 KR260 線上專題研討會(huì)。參與本次研討會(huì)，您將了解到：
● 推動(dòng)機(jī)器人未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
● 主流機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)的基準(zhǔn)測(cè)試
● KR260 入門套件硬件概述
● 可用于開箱即用的機(jī)器人系統(tǒng)的 Ubuntu 22.04 應(yīng)用程序
● KRS (Kria Robotics Stack)如何使 ROS 2(Humble)開發(fā)簡(jiǎn)單高效
● 對(duì)其他工業(yè)連接性的支持，如 SLVS-EC、10 GigE Vision 和 TSN 等
● 注冊(cè)研討會(huì)的用戶將免費(fèi)獲取KR260中文電子書的推送。
掃碼報(bào)名
Kria? KR260 機(jī)器人入門套件
6月28日|10:00 - 11:30
（轉(zhuǎn)載）
