自主機器人是智能機器，無需人工控制或干預(yù)即可理解其環(huán)境并從中導(dǎo)航。盡管自主機器人技術(shù)相對較新，但已在工廠、倉庫、城市和家庭等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。例如，自主機器人可用于在倉庫周圍運輸貨物(如圖 1 所示)，或執(zhí)行最后一英里配送，而其他類型的機器人可用于家庭吸塵清潔或修剪草坪。
圖 1：機器人在倉庫周圍運輸貨物。
要實現(xiàn)自主性，機器人需能夠在地圖環(huán)境中自我感知和定位，動態(tài)檢測周圍的障礙物，跟蹤這些障礙物，規(guī)劃到達指定目的地的路線，并控制車輛遵循該路線。此外，機器人必須只能在安全的情況下執(zhí)行這些任務(wù)，避免對人身、財產(chǎn)或系統(tǒng)本身帶來風險。隨著人與機器人的互動愈加頻繁，它們不僅需要具備自主性、移動性和節(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)計人員可滿足國際電工委員會 61508 等功能安全標準的嚴格要求。
自主機器人檢測的注意事項
可借助多種不同類型的傳感器解決伴隨自主機器人而來的挑戰(zhàn)。下面詳細介紹一下其中的兩類傳感器：
視覺傳感器。視覺傳感器可切實模擬人類的視覺和知覺。視覺系統(tǒng)可以應(yīng)對定位、障礙物檢測和防撞等挑戰(zhàn)，因為它們具有高分辨率的空間覆蓋能力，并且能夠?qū)ξ矬w進行檢測和分類。與激光雷達等傳感器相比，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) 可能會給功耗受限的機器人系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。設(shè)計節(jié)能機器人系統(tǒng)時，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，旨在以盡可能低的功耗提供計算機視覺性能、深度學習處理、立體視覺功能和視頻分析。
TI 毫米波雷達。在機器人應(yīng)用中使用 TI 毫米波雷達是一種相對新穎的概念，但使用 TI 毫米波傳感實現(xiàn)自主性的理念已經(jīng)有一段時間。在汽車應(yīng)用中，TI 毫米波雷達是高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 中的一個關(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)用于機器人領(lǐng)域。
從傳感技術(shù)的角度來看，TI 毫米波雷達具有一定獨特性，因為此類傳感器可提供物體的距離、速度和到達角度信息，能更好地指導(dǎo)機器人導(dǎo)航，從而避免撞擊?；诶走_傳感器數(shù)據(jù)，機器人可以根據(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，還是減速甚至停止，如圖 2 所示。
圖 2：倉庫機器人使用雷達傳感。
利用傳感器融合和邊緣 AI 解決自主機器人的復(fù)雜問題
對于更復(fù)雜的應(yīng)用，任何類型的單個傳感器可能不足以實現(xiàn)自主性。最終，攝像頭或雷達這樣的多個傳感器應(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)對一些更為復(fù)雜的自主機器人挑戰(zhàn)。
傳感器融合有助于使機器人更加精準，而使用邊緣人工智能 (AI) 可使機器人變得智能。將邊緣 AI 融入機器人系統(tǒng)可以幫助機器人智能地感知、做出決策和執(zhí)行操作。具有邊緣 AI 的機器人可以智能地檢測物體及其位置，對物體進行分類并采取相應(yīng)的操作。例如，當機器人在雜亂的倉庫中導(dǎo)航時，邊緣 AI 可以幫助機器人推斷出其路徑上有什么樣的物體(包括人員、箱子、機器，甚至其他機器人)，并決定在這些物體周圍導(dǎo)航的合適操作。
在設(shè)計采用 AI 的機器人系統(tǒng)時，硬件和軟件均有一些設(shè)計考慮事項。TDA4 處理器系列具有適用于邊緣 AI 功能的硬件加速器，能夠幫助實時處理計算密集型任務(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)簡化指南”一文，詳細了解旨在助開發(fā)一臂之力的 TI 免費工具、軟件和服務(wù)。
結(jié)語
設(shè)計更智能、更自主的機器人是繼續(xù)提高自動化水平的必要條件。機器人可用于倉庫和配送領(lǐng)域，從而跟上并促進電子商務(wù)的發(fā)展。機器人也可以執(zhí)行吸塵和除草等日常家務(wù)。使用自主機器人可以提高生產(chǎn)力和效率，有助于改善我們的生活，賦予生活更多價值。
（德州儀器）
