想要機器人實現智能化,需要具有敏銳且優秀的感知,同時還能有精準的運控。就感知計算而言,尤其是視覺以及深度學習,計算量往往很大,對器件性能要求高。而且感知算法也在不斷發展,這需要對機器人處理系統做不斷地更新。
就控制而言,FPGA可以應用在分散控制的小節點上,也可以在大節點上應用更高效能的FPGA SoC。區別于MCU,通過FPGA控制的系統最明顯的優勢點就是驅動反應時間會大大縮短,整個系統的運行速度會有一個較大提升。畢竟MCU是運作在單一節點上的,在不添加拓展的情況下,隨著復雜的多軸運算需求越來越高,運作難免會有些乏力。
FPGA在機器人應用上的優勢很明顯,不少廠商也在這塊做了很多年,那么在深入應用上又有哪些突破點值得期待?
FPGA與運動驅控
目前很多機器人本體廠商、機器人控制器廠商用FPGA已經用了很多年了,還有不少本體廠商、機器人控制器廠商現在也在嘗試去使用。首先可以明確的一點是,以目前FPGA的性能來說,用在常規的伺服驅動、控制領域,性能甚至是過剩的。機器人的運動性能不僅和伺服控制相關,還與運動算法以及本體的機械結構密切相關。
就算法而言,目前大多基于CPU + Linux + ROS + EtherCAT這一技術體系設計,將算法模塊從CPU移植到FPGA中,FPGA的優勢并沒有被充分應用,另一方面在機械設計沒有重大革命性進步的情況下,機器人性能的天花板是存在的,難免顯得“過剩”。
常規的FPGA運動驅控已經有很多案例可循了,將FPGA用于實現SVPWM、三環反饋控制,甚至實現驅控一體。我們挑機器人四大家族中的安川來看,作為工業機器人全球市占率排名前幾的廠商,安川的機器人控制器用Intel的FPGA作為ASIC的替代方案。
Intel FPGA提供了各類可配置的嵌入式 SRAM、高速收發器、高速 I/O、邏輯模塊和路由。用在控制上優勢也很明顯,比起復雜函數計算運行在微處理器上,配備板載數字信號處理,在FPGA上執行高速 32 位雙精度浮點運算更容易實現運控所需的精度和速度。Intel FPGA在安川的運控上提供了包括PCI Express在內的多種硬件IP,確保了總線連接的可靠又實現外圍邏輯集成。
這些可以說仍然是對比CPU+操作系統+ROS架構在局部性能的優化,那深入應用可以往哪里突破?如果將在各軸的控制基礎上實時施加變化的微調量,以此實現對各種狀態誤差導致的最終狀態誤差進行補償,將機器人性能進行這種層次的拔高,這或許是超越傳統控制架構FPGA實現深入應用的一個方向。
FPGA與機器視覺
作為FPGA在機器人應用里最火熱的方向,視覺被很多廠商視為FPGA打開機器人市場最好的切入口。在機器視覺設計中,不可避免要和現在主流的SoC進行接口設計,這些接口主要以移動產業處理器接口作為標準,集成MIPI CSI硬核的FPGA往往很吃香,比如國內FPGA廠商易靈思的Trion系列。
在執行圖像處理算法與訓練好的AI模型時,FPGA是與GPU并列的主流方案,而且在功耗方面具備非常大的優勢。并且因為其SOC屬性,能夠和其他各種功能模塊高效協同。從AMD Xilinx的Kria SoM以及瑞薩、易靈思的ProMe SoM來看,目前FPGA廠商很青睞于以System on Module這種形式打入機器人視覺系統。
SoM能提供嵌入式處理系統的各種核心組件,包括處理器內核、通信接口和內存模塊等。從視頻處理到智能傳感到機器視覺,這種模塊化解決方案讓SoM成了嵌入機器人感知系統的理想選擇。SoM與其他器件的配合使用不僅可以完成在機器視覺系統上的局部優化,對于整個機器人設計也能給出基于模塊化設計的優化。不論是不是以SoM形式切入,將這種模塊間的高效協同發揮出最大的效果是FPGA視覺應用值得期待的突破方向。
小結
目前,在FPGA深入應用方面,國內正處在從局部性能優化(伺服驅動器、機器視覺)到系統架構優化轉變的階段。FPGA目前的性能對于機器人應用來說是過剩的,如何在應用中充分發揮出FPGA的性能與協同性,這是“深入應用”的關鍵。
就控制而言,FPGA可以應用在分散控制的小節點上,也可以在大節點上應用更高效能的FPGA SoC。區別于MCU,通過FPGA控制的系統最明顯的優勢點就是驅動反應時間會大大縮短,整個系統的運行速度會有一個較大提升。畢竟MCU是運作在單一節點上的,在不添加拓展的情況下,隨著復雜的多軸運算需求越來越高,運作難免會有些乏力。
FPGA在機器人應用上的優勢很明顯,不少廠商也在這塊做了很多年,那么在深入應用上又有哪些突破點值得期待?
FPGA與運動驅控
目前很多機器人本體廠商、機器人控制器廠商用FPGA已經用了很多年了,還有不少本體廠商、機器人控制器廠商現在也在嘗試去使用。首先可以明確的一點是,以目前FPGA的性能來說,用在常規的伺服驅動、控制領域,性能甚至是過剩的。機器人的運動性能不僅和伺服控制相關,還與運動算法以及本體的機械結構密切相關。
就算法而言,目前大多基于CPU + Linux + ROS + EtherCAT這一技術體系設計,將算法模塊從CPU移植到FPGA中,FPGA的優勢并沒有被充分應用,另一方面在機械設計沒有重大革命性進步的情況下,機器人性能的天花板是存在的,難免顯得“過剩”。
常規的FPGA運動驅控已經有很多案例可循了,將FPGA用于實現SVPWM、三環反饋控制,甚至實現驅控一體。我們挑機器人四大家族中的安川來看,作為工業機器人全球市占率排名前幾的廠商,安川的機器人控制器用Intel的FPGA作為ASIC的替代方案。
?
(Intel的FPGA,Intel)
(Intel的FPGA,Intel)
Intel FPGA提供了各類可配置的嵌入式 SRAM、高速收發器、高速 I/O、邏輯模塊和路由。用在控制上優勢也很明顯,比起復雜函數計算運行在微處理器上,配備板載數字信號處理,在FPGA上執行高速 32 位雙精度浮點運算更容易實現運控所需的精度和速度。Intel FPGA在安川的運控上提供了包括PCI Express在內的多種硬件IP,確保了總線連接的可靠又實現外圍邏輯集成。
這些可以說仍然是對比CPU+操作系統+ROS架構在局部性能的優化,那深入應用可以往哪里突破?如果將在各軸的控制基礎上實時施加變化的微調量,以此實現對各種狀態誤差導致的最終狀態誤差進行補償,將機器人性能進行這種層次的拔高,這或許是超越傳統控制架構FPGA實現深入應用的一個方向。
FPGA與機器視覺
作為FPGA在機器人應用里最火熱的方向,視覺被很多廠商視為FPGA打開機器人市場最好的切入口。在機器視覺設計中,不可避免要和現在主流的SoC進行接口設計,這些接口主要以移動產業處理器接口作為標準,集成MIPI CSI硬核的FPGA往往很吃香,比如國內FPGA廠商易靈思的Trion系列。
?
(T20FPGA,易靈思)
(T20FPGA,易靈思)
在執行圖像處理算法與訓練好的AI模型時,FPGA是與GPU并列的主流方案,而且在功耗方面具備非常大的優勢。并且因為其SOC屬性,能夠和其他各種功能模塊高效協同。從AMD Xilinx的Kria SoM以及瑞薩、易靈思的ProMe SoM來看,目前FPGA廠商很青睞于以System on Module這種形式打入機器人視覺系統。
SoM能提供嵌入式處理系統的各種核心組件,包括處理器內核、通信接口和內存模塊等。從視頻處理到智能傳感到機器視覺,這種模塊化解決方案讓SoM成了嵌入機器人感知系統的理想選擇。SoM與其他器件的配合使用不僅可以完成在機器視覺系統上的局部優化,對于整個機器人設計也能給出基于模塊化設計的優化。不論是不是以SoM形式切入,將這種模塊間的高效協同發揮出最大的效果是FPGA視覺應用值得期待的突破方向。
小結
目前,在FPGA深入應用方面,國內正處在從局部性能優化(伺服驅動器、機器視覺)到系統架構優化轉變的階段。FPGA目前的性能對于機器人應用來說是過剩的,如何在應用中充分發揮出FPGA的性能與協同性,這是“深入應用”的關鍵。
聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。
舉報投訴
-
FPGA
+關注
關注
1629文章
21729瀏覽量
603035 -
機器人
+關注
關注
211文章
28390瀏覽量
206943
發布評論請先 登錄
相關推薦
【「具身智能機器人系統」閱讀體驗】+初品的體驗
的快速發展,相關人才的需求也在不斷增加,通過閱讀該書可以幫助大家系統性地了解和分析當前具身智能機器人系統的發展現狀和前沿研究,為未來的研究和開發工作提供指導。此外,本書還可以為研究人員
發表于 12-20 19:17
《具身智能機器人系統》第1-6章閱讀心得之具身智能機器人系統背景知識與基礎模塊
智能機器人的歷史與未來”中,布魯克斯的觀點給我帶來深刻啟發。他在20世紀80年代提出的觀點至今仍具參考價值:智能行為源于實際的物理互動,而非單純依靠預設算法。這打破了傳統AI僅關注算法優化的局限,將
發表于 12-19 22:26
仿真系統的性能優化技巧
在現代工業和科學研究中,仿真系統扮演著越來越重要的角色。它們不僅能夠幫助我們預測復雜系統的行為,還能在沒有實際物理原型的情況下進行實驗和測試。然而,隨著仿真模型的復雜度增加,性能
【書籍評測活動NO.51】具身智能機器人系統 | 了解AI的下一個浪潮!
學習并優化自己的行為,以更好地服務家庭成員。
具身智能的發展如何?
近年來,具身智能機器人的發展呈現出強勁勢頭,尤其是在智能化和自主決策能力方面。
自 2010 年以來,具身智能機器人
發表于 11-11 10:20
如何優化emc存儲性能
在當今的數據中心環境中,存儲性能對于業務連續性和數據訪問速度至關重要。EMC作為領先的存儲解決方案提供商,其產品線涵蓋了從入門級到企業級的存儲系統。然而,即使是最好的存儲
如何優化SOC芯片性能
優化SOC(System on Chip,系統級芯片)芯片性能是一個復雜而多維的任務,涉及多個方面的優化策略。以下是一些關鍵的優化措施: 一
如何優化FPGA設計的性能
優化FPGA(現場可編程門陣列)設計的性能是一個復雜而多維的任務,涉及多個方面和步驟。以下是一些關鍵的優化策略: 一、明確性能指標 確定需求
優化 FPGA HLS 設計
減少錯誤并更容易調試。然而,經常出現的問題是性能權衡。在高度復雜的 FPGA 設計中實現高性能需要手動優化 RTL 代碼,而這對于HLS開發
發表于 08-16 19:56
FPGA在人工智能中的應用有哪些?
:FPGA在語音識別領域也有廣泛應用。通過算法優化和硬件自適應能力,FPGA可以實現高效的語音信號處理和識別,提供低延時、高精度的語音識別系統
發表于 07-29 17:05
ROS讓機器人開發更便捷,基于RK3568J+Debian系統發布!
,簡單快捷地調用合適的算法庫,以提高開發效率,加快開發進程。
(2) 開源免費,架構精簡
ROS系統是一個開源免費,架構精簡的機器人操作系統
發表于 07-09 11:38
Al大模型機器人
和迭代來不斷改進自身性能。它們可以從用戶交互中學習并根據反饋進行調整,以提高對話質量和準確性。可定制性與整合性: AI大模型機器人可以根據特定需求進行定制和整合,以滿足不同場景和應用的要求。它們可以與其
發表于 07-05 08:52
基于FPGA EtherCAT的六自由度機器人視覺伺服控制設計
、Zynq和攝像頭為硬件基礎,搭建了六自由度機器人視覺平臺。
(2)設計了基于 FPGA的視覺檢測方案。利用 西林提供的 HLS和CV庫對從攝像頭采集到的像素流進行實時處理,并設計了
發表于 05-29 16:17
其利天下技術·搭載無刷電機的掃地機器人的前景如何?
隨著懶人經濟的崛起,智能家居設備的需求呈現出顯著的增長態勢。作為智能家居領域的一員,掃地機器人因其方便、實用的特性而備受消費者青睞。特別是在無刷電機技術的加持下,掃地機器人不僅提升了清潔效率,還
發表于 05-05 15:03
大語言模型在機器人上的應用及面臨的挑戰
。 ? 一些機器人現在能夠理解人類的語言,并與之進行交流。此外,一些新型的智能機器人還具備學習能力。他們可以通過大量的數據和經驗,不斷地優化自己的行為和決策,提高自身的性能。這種能力使
評論