芝能智芯出品

隨著傳感器、電子器件和人工智能技術的迅猛發(fā)展，移動機器人正從單一功能的自動化工具演變?yōu)榫邆涓叨茸灾餍耘c智能化的復雜系統(tǒng)。

我們根據NXP的《Exploring Mobile Robotics: Real-Time Control, Autonomy, and Performance Optimization》，來看移動機器人的四大賦能技術——邊緣處理、電源、傳感器及通信與連接，并聚焦恩智浦（NXP）在這些領域的創(chuàng)新解決方案。

NXP的MCX系列微控制器通過集成神經處理單元（NPU）和糾錯功能，為移動機器人帶來高效邊緣計算與高可靠性；氮化鎵（GaN）技術和新興電池化學材料則提升了電源效率與續(xù)航能力；傳感器與SLAM算法的進步增強了環(huán)境感知；而5G與網狀網絡技術則推動了機器人間的協(xié)作與遠程操控能力。

這些技術的融合不僅驅動移動機器人性能的飛躍，也為工業(yè)自動化、服務機器人等場景開辟了廣闊前景。

本文將探討這些技術的工作原理、NXP的具體貢獻及未來趨勢。

Part 1

移動機器人的技術基石

與NXP的邊緣處理與電源方案

移動機器人領域正在經歷一場技術革命，激光雷達、視覺攝像頭及傳感器融合技術正逐漸取代傳統(tǒng)的二維碼和磁條，成為實現(xiàn)更高靈活性、安全性和精度的關鍵導航技術。

隨著自主服務提供商通過人工智能和機器視覺技術提供先進的導航解決方案和軟件支持，移動機器人制造商得以增強其產品的性能與功能。尤其在倉庫運營中，人工智能和深度學習的應用預示著行業(yè)模式的重大轉變。

● 機器人的發(fā)展趨勢也面臨著諸多挑戰(zhàn)：

◎ 首要關注的是安全性，特別是在自動導引車（AGV）和自主移動機器人（AMR）的操作環(huán)境中，確保人員安全至關重要；

◎ 可持續(xù)性也是一個核心議題，旨在通過機器人化提高倉庫流程效率，從而降低整體能耗；

◎ 為了應對倉庫吞吐量的波動，開發(fā)出能夠快速且經濟高效響應變化的靈活機器人系統(tǒng)顯得尤為關鍵。

● 邊緣處理：從MCU到NPU的智能躍遷

移動機器人的核心在于實時決策與自主性，而邊緣處理技術的進步是實現(xiàn)這一目標的關鍵。

20年前，Arm推出的Cortex-M系列奠定了低功耗微控制器（MCU）的技術基礎。如今，基于Cortex-M33的NXP MCX N系列MCU將邊緣處理推向新高度。

該系列集成了eIQ Neutron神經處理單元（NPU），支持卷積神經網絡（CNN）、循環(huán)神經網絡（RNN）等復雜模型，機器學習吞吐量較純CPU提升高達42倍，同時降低功耗與喚醒時間。

MR-VMU-RT1176 是一款車輛管理控制器，集成了 IMU 控制和網絡接口。它基于高性能的 i.MX RT1176 雙核 MCU，擁有 Cortex - M7（1.0GHz）和 Cortex - M4（400MHz）內核。

● 軟件方面，搭載 Zephyr RTOS 和 Cognipilot 車輛控制軟件，針對無人機應用還有 NuttX RTOS 和 PX4 自動駕駛儀 。

● 模塊和載板符合 DroneCode PixHawk V6X - RT 標準。配備豐富傳感器，包括雙 6 軸 IMU、氣壓計、磁力計、3 軸磁力計和 GNSS 模塊 。

● 設有外部加密 QSPI Flash，支持 ECC 以保障 Cache 和 TCM 容錯運行，具備 SDCARD 接口。

● 網絡連接上，支持 2 線 100Base - T1 以太網（帶 TSN） ，擁有三 CAN FD 總線（配 CAN - SIC 收發(fā)器）。

還集成 SE050/51 EdgeLock 安全元件，提供 USB - C、I²C、SPI、UART、雙 GPS 等接口 ，具備 12 路 PWM 輸出，采用雙冗余電源輸入，涵蓋 ADC、RC、DSM、NFC 等功能。

MR-CANHUBK344 是一款用于車輛管理與連接的產品。

● 在接口方面，它支持高速 CAN SIC（速度高達 8Mb/sec）進行網絡整合 ，配備 6 個 CAN 收發(fā)器（2 個 FD、2 個 SIC、2 個 FD Secure） ，擁有 100BASE - T1 以太網 PHY ，通過 DroneCode 標準 JST - GH 連接器可訪問 GPIO ，具備 6 個 UART、2 個 SPI、3 個 I²C（其中 1 個用于連接 0.91 英寸 OLED） ，設有 IMU 連接器用于連接輔助傳感器，還有可配置的 PWM 用于驅動 BLDC 電機驅動器。

● 安全與認證上，采用 EdgeLock® SE050 安全元件（帶 NFC 天線連接器） ，基于 CAN 實現(xiàn)硬件安全防護（涵蓋認證、拒絕服務和協(xié)議攻擊防范） 。

產品配有 10 個狀態(tài) LED 指示燈 。開箱即用的硬件可加速板卡設置，包括 DCD - LZ 編程適配器板（用于訪問控制臺 UART） 、0.91 英寸小型 OLED 顯示屏、連接安全元件的 NFC 天線，以及所需的連接器和線纜。

● 軟件支持方面，提供 S32 Design Studio 工具 ，有 IEEE 1722CAN over Ethernet 示例應用 ，依托 Zephyr RTOS 和 NuttX RTOS 開源代碼庫 ，還有 NuttX/PX4 基礎示例 。

此外，基于 S32K344 + FS26 的功能安全解決方案符合 IEC61508 SIL2 標準。

NAvQPlus Companion Computer 是一款主計算機與視覺設備。

它基于 i.MX8M Plus 打造開放參考設計，采用 NXP EVK SOM，第三方也可進行定制。

● 具備機器學習能力，借助 2.3TOPS NPU 加速器，搭配 eIQ ML 軟件開發(fā)環(huán)境，支持 TFLite、ArmNN、ONNX 。擁有 PCIe 擴展功能，AI/ML 加速器性能在 8 到 40 TOPS 之間。

● 系統(tǒng)方面，支持 Yocto Linux、Ubuntu POC 以及 ROS2 。

● 網絡連接上，配備 WiFi 5 / BTLE 5.0（村田 LBEE5QDIZM 模塊） 。

● 視覺功能突出，搭載雙 MIPI 攝像頭，集成 ISP 和硬件編解碼器加速器 。

● 設有雙以太網接口，包括 100BaseT1 “2-Wire” 和 IX 工業(yè) 1GB 接口 。具備 2 個 USB - C 接口，支持最高 20V 電源輸入，還有外部電源輸入接口。

● 安全層面，集成 SE050 EdgeLock 安全元件并帶有 NFC 接口 。配備 RTC（PCF2131），具備防篡改時間戳功能 。

● 顯示方面，支持同時連接 MIPI、LVDS、HDMI（帶 CEC）三種顯示設備 。

Part 2

傳感器與通信技術

的突破與協(xié)同效應

傳感技術是移動機器人感知環(huán)境的核心驅動力。視覺系統(tǒng)的進步得益于NPU的支持，使實時圖像推理成為可能。以MCX N系列為例，其NPU可處理每秒數(shù)十幀的高清圖像，實現(xiàn)目標檢測與分類，適用于倉儲機器人揀選或服務機器人交互。

激光雷達（LiDAR）則在3D深度感知中占據重要地位。GaN器件的超快脈沖特性將激光雷達的分辨率提升至厘米級，結合同步定位與映射（SLAM）算法，導航精度提高約50%。

例如，在非受限環(huán)境中（如戶外巡檢），SLAM與激光雷達的融合使機器人能夠動態(tài)調整路徑，避開障礙物。

機器學習進一步優(yōu)化了3D數(shù)據處理，通過訓練模型識別復雜場景（如人群密集區(qū)域），增強了態(tài)勢感知能力。

從工程視角看，傳感器技術的挑戰(zhàn)在于數(shù)據融合與實時性。NXP的邊緣處理方案通過硬件加速（如DSP協(xié)處理器）與低功耗設計，解決了多傳感器數(shù)據處理的延遲問題，確保機器人對環(huán)境的快速響應。

在定位與建圖（SLAM）的 AI 應用中，路徑規(guī)劃與運動控制是關鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)算法如 A * 算法能高效找到最短路徑 ，迪杰斯特拉算法可確保路徑的安全性 ，快速擴展隨機樹（RRT）算法則適用于復雜環(huán)境。

而 AI 賦能的方法包括深度強化學習（DRL），用于訓練自主移動機器人（AMR）實現(xiàn)自主導航 ；神經網絡可預測障礙物并動態(tài)調整路徑 ；基于行為的 AI 能模擬人類決策，使導航更順暢。

先進的 AI 能力方面，動態(tài)環(huán)境適應讓 AMR 能從過往經驗中學習，隨時間推移優(yōu)化導航 ，預測模型幫助機器人預判障礙物（如移動的人員、叉車等）。

多機器人協(xié)調中，AI 驅動的群體機器人技術使多個 AMR 能協(xié)調路徑、避免碰撞 ，去中心化 AI 助力機器人高效通信與任務分配。

在人機交互上，AI 讓機器人能識別并響應人類手勢、語音指令和社交暗示 ，提升共享工作空間的安全性。

小結

移動機器人正處于技術革新的風口，邊緣處理、電源、傳感器與通信四大賦能技術的突破為其注入了新的生命力。

NXP通過MCX系列MCU、GaN解決方案及通信模塊，提升了機器人的智能化與可靠性，還推動了其在工業(yè)、服務、醫(yī)療等領域的廣泛應用。從糾錯功能保障內存完整性，到NPU加速機器學習，再到5G支持群體協(xié)作，NXP的方案為移動機器人生態(tài)提供了堅實支撐。

       原文標題 : NXP移動機器人方案：邊緣處理、電源、傳感器及通信