Mae robotiaid ymreolaethol wedi bod yn cydweithio â bodau dynol ym maes gweithgynhyrchu diwydiannol ers dros hanner canrif. Ers i robot diwydiannol cyntaf y byd gael ei ddatblygu a'i ddefnyddio yn y 1950au, mae mentrau wedi ymddiried tasgau beichus a pheryglus i robotiaid, gan ganiatáu i weithwyr ganolbwyntio ar waith mwy arbenigol. Y dyddiau hyn, nid yw cymhwyso technoleg robot uwch bellach yn gyfyngedig i'r maes diwydiannol ond mae hefyd wedi ehangu i nifer o ddiwydiannau fertigol megis gofal iechyd, manwerthu ac amaethyddiaeth.
Yn y cyfamser, mae datblygiadau technolegol mewn meysydd fel deallusrwydd artiffisial a dysgu peiriannau wedi arwain at genhedlaeth newydd o robotiaid mwy deallus. Nid ydynt bellach yn gyfyngedig i gyflawni tasgau ailadroddus ond gallant wneud gwaith mwy cymhleth. Er enghraifft, gyda chymorth technolegau fel gweledigaeth gyfrifiadurol a symudiad ymreolaethol, gall robotiaid drin tasgau amrywiol gan gynnwys cydosod cynnyrch, arolygu ansawdd, adnabod bygythiadau uwch ac ymateb, ac ati.
Yn fyr, mae robotiaid deallus wedi dod yn ased craidd ar gyfer cryfhau'r gweithlu modern. Mae eu nodweddion manylder uchel a'u potensial bron yn ddiderfyn ar gyfer gwella cynhyrchiant yn anadferadwy. Fodd bynnag, wrth i ofynion mentrau am gynorthwywyr robot barhau i uwchraddio, mae anhawster dylunio systemau o'r fath wedi cynyddu'n esbonyddol, ac mae angen dybryd am galedwedd hwyrni isel a pherfformiad uchel megis araeau Gatiau Rhaglenadwy Maes (FPgas) i ddarparu cymorth technegol.
Yr heriau dylunio cynyddol amlwg
Mae angen gosod mwy o synwyryddion ac actiwadyddion ar robotiaid deallus sydd â deallusrwydd artiffisial o'u cymharu â robotiaid traddodiadol, gan gynnwys camerâu, lidars, radar, unedau mesur anadweithiol (IMUs), amgodyddion modur, synwyryddion pwysau a chydrannau eraill. Yn y cyfamser, mae angen i'r robot hefyd gwblhau tasgau cyfrifiadurol mwy cymhleth mewn amser real, megis prosesu gweledigaeth 3D, lleoleiddio a mapio ar yr un pryd (SLAM), a chyfrifo pwynt gafael.
Mae hyn yn ei gwneud yn ofynnol bod gan galedwedd y systemau perthnasol nid yn unig fwy o ryngwynebau mewnbwn / allbwn (I / O) i addasu i synwyryddion amrywiol, ond hefyd fod â modiwlau prosesu mwy pwerus (fel unedau prosesu canolog (CPU), unedau prosesu graffeg (GPU), ac unedau prosesu rhwydwaith niwral (NPU)) i gyflawni swyddogaethau cyfrifiadurol mwy cymhleth. Fodd bynnag, yr her a wynebir gan ddylunwyr yw ei bod hi'n anodd cysylltu â'r synwyryddion amrywiol sy'n ofynnol gan y system robotiaid, gan ddibynnu ar fodiwlau prosesu fel cpws yn unig, ac ni all ychwaith drin y swm enfawr o ddata crai a gesglir gan y synwyryddion yn effeithlon.
Y rhesymau am hyn, ar y naill law, yw bod nifer y rhyngwynebau I/O a graddau arbenigedd cpws yn aml yn methu â bodloni gofynion datblygwyr. Ar ben hynny, mae ychwanegu rhyngwynebau at y prosesydd yn golygu costau uchel - mae angen i ryngwynebau corfforol gynnal maint penodol i gyflawni swyddogaethau, ac mae ychwanegu rhyngwynebau newydd yn golygu meddiannu mwy o ardal sglodion. Mae hyn yn sylfaenol wahanol i'r unedau rhesymeg y gellir eu miniatureiddio a'u hehangu'n hawdd mewn prosesau gweithgynhyrchu uwch.
Hyd yn oed os gall y CPU ddarparu digon o ryngwynebau I / O addasol i gysylltu â robotiaid deallus a throsglwyddo'r swm mawr o ddata crai a gesglir gan synwyryddion i'r uned brosesu yn uniongyrchol, mae problem o hyd o ran effeithlonrwydd ynni isel. Hefyd, nid yw'r CPU wedi'i gynllunio ar gyfer y tasgau prosesu amser real sydd eu hangen ar robotiaid deallus. Os yw'r CPU yn ymdrin â thasgau craidd fel ymasiad synhwyrydd, bydd yn achosi oedi sylweddol yn y system ac yn lleihau effeithlonrwydd gweithredol y robot yn fawr.
Yn ffodus, mae dylunwyr caledwedd a datblygwyr yn canolbwyntio ar ddatblygu cynhyrchion arloesol amrywiol i wneud iawn am y diffygion technegol a grybwyllwyd uchod, ac mae FPGA yn un ohonynt.
FPGA: Datrysiad caledwedd hynod werthfawr
Mae FPGA yn ddyfais lled-ddargludyddion hynod hyblyg a all wasanaethu fel "pont" rhwng synwyryddion, actiwadyddion a cpws, gan ddarparu rhyngwynebau I / O amrywiol a niferus i ddatblygwyr sydd eu hangen ar gyfer cysylltu systemau robot deallus. Yn y cyfamser, gyda'r pŵer cyfrifiadurol amser real yn agos at ddiwedd y synhwyrydd, gall FPGA ymgymryd â thasgau prosesu pwrpasol sylfaenol amrywiol synwyryddion, rhyddhau adnoddau cyfrifiadurol system, a helpu i greu robotiaid mwy deallus ac ymatebol y mae eu hangen ar fentrau.
Ar ôl i'r haen gyntaf o brosesu data gael ei chwblhau gan y FPGA, bydd y data'n cael ei drosglwyddo i'r CPU trwy sianeli lled band uchel safonedig. Trwy'r dull hollti tasgau hwn, gall FPGA rannu rhan o'r llwyth cyfrifiadura â CPU, arbed defnydd o ynni i gefnogi tasgau cyfrifiadurol uwch megis cynllunio taflwybr, dadansoddi clwstwr, a chanfod gwrthrychau, gan ganiatáu i'r CPU ganolbwyntio ar drin optimeiddio a gwneud penderfyniadau -gwneud tasgau sy'n anodd eu cyflawni ar lefel caledwedd.
Gall y bensaernïaeth galedwedd hon hefyd helpu datblygwyr i oresgyn y mathau canlynol o heriau technegol:
Cysylltedd: Mae gan galedwedd FPGA lefel uchel iawn o addasu a gall ddarparu mwy o ryngwynebau I/O na cpws. Gall datblygwyr gysylltu a rheoli mwy o synwyryddion a actiwadyddion trwy ryngwynebau amrywiol megis Ethernet, Rhyngwyneb Ymylol Cyfresol (SPI), Rhyngwyneb Amlgyfrwng Diffiniad Uchel (HDMI), a Rhyngwyneb Prosesydd Diwydiant Symudol (MIPI), ac mae'r gost yn llawer is nag ychwanegu rhyngwynebau newydd i'r brif uned brosesu. Yn ogystal, mae FPgas hefyd yn cefnogi lefelau foltedd lluosog a phrotocolau cyfathrebu ansafonol, gan roi mwy o opsiynau i ddatblygwyr addasu i wahanol senarios cymhwysiad.
Defnydd o ynni: gall FPGA gyflawni lefel caledwedd-gyfrifiadura cyfochrog ger y synwyryddion robot. Trwy brosesu'r data yn lleol mewn amser real ac yna ei drosglwyddo i'r CPU, mae'n lleihau defnydd ynni cyffredinol y system yn effeithiol.
Cuddio: Gall pŵer cyfrifiadura cyflym FPGA gyflymu prosesu tasgau craidd megis ymasiad synhwyrydd - gall y dasg hon integreiddio'r data a gasglwyd o wahanol synwyryddion megis camerâu a lidars i ffurfio darlun canfyddiad amgylcheddol cyflawn, a thrwy hynny wella cywirdeb barn a gallu gwneud penderfyniadau- robotiaid. Cymerwch y cyflymder cyfrifiadurol fel enghraifft. Mae synhwyrydd VLP16 liDAR yn trosglwyddo 384 set o ddata pellter i'r rhwydwaith bob 1.32 milieiliad, tra bod angen dim ond tua 0.32 milieiliad ar y FPGA i gwblhau prosesu'r swp hwn o ddata, gyda chyflymder cyfrifiadurol o 100 miliwn o weithiau yr eiliad.
Gan ddibynnu ar fanteision technegol amrywiol FPGA, gall dylunwyr osod synwyryddion amrywiol yn hyblyg yn ôl eu hanghenion, torri trwy derfyn uchaf perfformiad robotiaid deallus, a datrys problemau defnydd ynni ac oedi'r system yn effeithiol ar yr un pryd.
Ymunwch â dwylo i greu robotiaid callach
Wrth i'r galw am robotiaid doethach a chyflymach mewn amrywiol ddiwydiannau barhau i gynyddu, mae datblygwyr yn wynebu heriau newydd: dylunio systemau robot gyda pherfformiad gwell heb ddisbyddu adnoddau. Er mwyn cyflawni'r nod hwn, mae datblygwyr yn dibynnu fwyfwy ar fentrau dylunio a gweithgynhyrchu caledwedd i uwchraddio cydrannau craidd robotiaid yn barhaus. Mae'r ddwy ochr yn gweithio tuag at y nod cyffredin o "wella perfformiad robotiaid tra'n lleihau costau, defnydd o ynni a hwyrni", gan wneud datblygiad y maes roboteg yn y dyfodol yn llawn posibiliadau anfeidrol.
