MCU在机器人行业里应该怎么玩

电子发烧友网报道（文/李宁远）机器人，一个总能引发人们讨论的热门话题。工业机器人伴随工业革新的进程，一直是工业自动化浪潮中备受关注的设备之一，就现状来看目前的工业机器人最多可称为半智能化设备，离演进成智能化设备还需不少时日。而服务机器人随着近年来机器人移动技术的普及也走进大家的视线中。

不管是工业机器人还是服务机器人，它们被赋予的任务从流程上看，无非就是从感知到决策到执行。对机器人本身而言，执行层的运动控制是其最基本也最核心能力。感知可以通过集成激光，视觉等传感器来丰富机器的信息获取，如何决策则取决于各厂商的上层软件和智能算法的能力。最终落实到执行层的运控，还是依赖于机器人本身内部控制元件所赋予它的“能动性”。

目前看来，长于控制的MCU仍然是机器人厂商最先考虑的选择。DSP和FPGA也有不少应用，尤其是在机器视觉领域DSP很吃香，但MCU仍然是在机器人执行层里应用最多的选择，毕竟在单支机器臂中内建的控制器平均约有八成为MCU，剩下的才是MPU、DSP等高效能处理元件；服务机器人重要的移动功能在执行层面也相当依赖于精准的MCU电机控制。

对于机器人应用向的MCU来说，除了提供易开发的嵌入式平台、设计工具外，建立MCU周边完善的通讯环境处理各种工业通讯协议如USB，SPI等也是相当重要的。而MCU运算效能的提升对于应对工业机器人精度提升这些需求也十分重要。这里简单列举一些应用于机器人的MCU来看看它们在机器人市场是如何发展如何玩的。

MCU集成ROS框架

MCU集成ROS这个可以看看瑞萨。RA MCU在很多领域都应用广泛，在近期他们也针对工业4.0和工业物联网的发展将旗下的MCU集成了ROS（机器人操作系统）—EK-RA6M5，以应对机器人应用。被用于集成ROS的是RA的RA6M5，是一款采用Arm Cortex-M33 内核的32位MCU。

RA6M5本身从闪存运行CoreMark算法低至107uA/MHz的低功耗加上大容量嵌入式RAM就极其适合机器人应用，可以在ROS节点之间进行Pub/Sub信息传递的通信接口（如以太网和 USB）。RA6M5还集成带有专用 DMA 的以太网 MAC，可确保极高数据吞吐率。RA6M5的生态系统由基于FreeRTOS构建的FSP支持，保证了MCU有很高的拓展性，并且能够使用其他实时操作系统 （RTOS）和中间件。

EK-RA6M5集成的ROS框架能够让MCU在ROS 2数据空间中进行标准化集成，在Windows和Linux系统下运行的瑞萨e2 studio集成开发环境也支持ROS。EK-RA6M5可以通过单线UART和RS-485控制多个伺服系统，并为整个系统提供适当的电压。

在MCU性能足够优秀的情况下集成ROS，这一套EK-RA6M5的目的很明确，就是简化机器人的开发，降低机器人开发成本，形成一个基于RA MCU和ROS合并的生态圈吸引机器人厂商入局，以此抢占机器人MCU市场。这也是不少厂商选择的做法，MCU玩的就是一个生态圈，这次只是加上了ROS。当然，玩生态的前提是必须MCU性能足够优秀。

针对机器人应用优化MCU

当然也有不集成ROS的玩法。KE系列是NXP在运控上基于ARM的内核的MCU。KE系列并没有单独为机器人应用集成ROS框架，它解决的是恶劣的电噪声环境中机器的高可靠性和稳健性。

KE的EMC电磁兼容性和ESD静电放电保护功能对于工业级别的应用来说，可靠性是足够重要的。32位MCU一直以来以低电压运行，在机器人控制中往往受限于恶劣的电磁环境，KE这个系列最重要的就是解决了这个问题，对症下药解决MCU在机器人应用中的困扰。

性能上以KE1xF MCU这个KE系列中的高端系列MCU来说，其实本身也是足够优秀的，通过运行频率高达168 MHz的高性能Arm Cortex -M4内核提供5V解决方案。这个系列8通道PWM和支持带死区时间插入的功能可以将机器运动控制把握得很精确，FlexIO也为串行通信接口实现提供了灵活性。

除了针对应用难点做了特别优化，其实KE具备了带浮点单元的数字信号处理能力，可以为机器控制算法，传感器数据处理提供计算能力。这种做法不像集成ROS那样从宏观上着手抢占先机，反而从细微处着力解决MCU应用在机器人上突出的问题。从问题出发解决问题，在应用上保证自家MCU的竞争力。

写在最后

其实仅从性能上来说，各MCU厂商都有产品能面向机器人应用，上面两个例子是印证了机器人行业里MCU应用的风向。其一，大厂在MCU性能已经足够优秀的情况下，为了抢占机器人市场，会联合生态伙伴进行ROS集成（当然也可以自己做），总之目的是打造一个武器库完备的平台来吸引机器人设计者入圈；其二，针对机器人应用中的痛点，对MCU进行专项能力的补足，以此来增强竞争力。

不论何种方式，MCU厂商都希望能搭上工业自动化的浪潮发发机器人的财。

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编辑：jq