晶片商与工业电脑厂正大举抢攻机器手臂与机器视觉运算应用商机。工业型机器人应用前景看好，连带让机器人内部控制元件的行情跟著看俏，包括MCU、DSP、FPGA、工控平台等解决方案供应商亦正大举献计，期许能顺著工业智慧自动化的潮流，大发工业机器人财。

工业型机器人需求掘起，可望带动庞大市场商机。工业型机器人的核心能力在于智慧感测以及运动控制(MotionControl)；而目前最普遍的工业型机器人样态即是模仿人类手臂的机器手臂。

机器手臂已开始在智慧工厂的产线上发挥重要功能，成为智慧製造中不可或缺的要角。机器手臂可取代人工进行焊接、涂装及装配等流程，达到更经济、快速和准确完成标准的常规作业；而随著机器手臂日益受到重视，在机器手臂马达控制中担当重任的微控制器(MCU)，亦可望跟著受惠。

机器手臂马达控制需求增MCU业者迎利多

意法半导体(ST)大中华暨南亚区产品行销经理杨正廉表示，由于工厂产线上单一具机器人或是机器手臂，通常涉及多种运作机制，彼此虽各司其职但也要互相协调，因此内建于机器人中的控制器或处理器更是身负重任，可望搭上此波工业自动化风潮的顺风车快速成长。

杨正廉进一步指出，在多种控制器或处理器中，又以MCU的市场前景最为可期。他解释，虽然MCU的处理效能比不上微处理器(MPU)、数位讯号处理器(DSP)或是现场可编程闸阵列(FPGA)等元件，不过由于目前智慧工厂产线上的机器人多以机器手臂为主，高精度、大型且完全拟真人的机器人还不普遍，而机器手臂注重的是马达控制效能，因此已在马达控制领域占有一席之地的MCU业者将最直接受惠。

据了解，机器人系统的自由度(DegreesofFreedom,DOF)高低取决于移动关节数目，关节数愈多，自由度越高，位移精准度也愈出色，然所须使用的马达数量就相对较多；换言之，愈精密的工业型机器人，其内建的马达数量愈多，也意味著控制器或处理器的数量将相应增加。

因此杨正廉表示，工业型机器人市场需求愈旺，对MCU业者来说商机也愈大；以单支机器手臂为例，其内建的控制器平均约有八成为MCU，剩下的才是MPU等高效能处理器。

为满足机器人马达控制应用，MCU业者除须提供易开发的嵌入式平台、设计工具及通用软体外，更要建立好MCU周边完善的通讯环境，亦即MCU须能处理各种工业通讯协议，包括控制区域网路汇流排(CANBUS)、通用序列汇流排(USB)、序列周边介面汇流排(SPI)、乙太网路、无线区域网路(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)等基本通讯。

另一方面，MCU运算效能亦须与时俱进。杨正廉指出，目前MCU的平均效能约介于80?100DMIPS之间，高阶MCU则上看200DMIPS，而为了助力工业型机器人的控制效能、精准度不断提升，未来MCU业者的首要开发目标是将效能提升至300?400DMIPS，同时持续优化周边元件的性能，如将类比数位转换器(ADC)从主流的12位元逐渐汰换成16位元；此外，也要戮力改善MCU对周边开发环境的IP支援。

值得注意的是，瞄准机器手臂马达控制应用，DSP也开始导入Cortex-M4核心。继MCU厂大举採用安谋国际(ARM)Cortex-M4核心后，亚德诺(ADI)与飞思卡尔(Freescale)等晶片业者，也竞相推出基于Cortex-M4核心的DSP解决方案，期利用ARM核心完整生态系统，加速马达系统开发商产品设计即上市时程，大举抢攻马达控制应用商机。

借力Cortex核心DSP商抢攻马达控制商机

亚德诺台湾区DSP/MCU产品技术经理郭兆桁表示，随著工业自动化逐渐往智慧自动化发展，产线上对于高效能且智慧化运作的机器人需求日益迫切，因此该公司决定採用Cortex-M4核心开发新的DSP方案，以实现更高精准度的马达控制，满足机器人智动化应用。

郭兆桁进一步指出，过去马达控制大多是MCU业者的天下，然而随著以Cortex-M4架构开发的DSP方案问世，DSP将可摆脱高成本及限于高阶影像运算应用的框架，跨足高阶马达控制市场，与MCU互争地盘。

郭兆桁提到，选用Cortex-M4架构开发产品的主要因素，是考量到ARM生态系统完整性。他解释，过去DSP厂大多是以自行开发的核心架构为基础；然而，若要跨足MCU应用大本营，也就是马达控制市场，则须选用软体架构、开发平台都较为完整，且元件相容性较高的ARM架构，较易吸引机器人马达控制系统开发商的青睐。

以Coretex-M4为核心打造的数位讯号处理器架构示意图

据了解，亚德诺的混合讯号处理器--ADSP-CM40x，即搭载一颗240MHzCortex-M4处理器核心，且为业界首款嵌入双通道16位元ADC的DSP。郭兆桁强调，亚德诺分别採用65奈米与0.25微米製程生产DSP处理器核心与ADC，使每个元件的效能得以发挥到极大值，并借力SINC滤波器，使其可直接採用分流电阻式电流检测系统架构中的隔离式Σ-Δ型调变器，因此可大幅提升马达控制效率。

飞思卡尔(Freescale)微控制器高级系统工程师施长浩进一步指出，事实上，不论嵌入式处理器效能多麽强大，单颗的MCU或DSP方案都已经无法满足工业型领域的客户，目前的趋势是应用处理器(AP)和MCU协同工作，或是MCU整合DSP的方案，以此提供智慧自动化所需要的运算效能、人机介面应用和各种即时运算。因此飞思卡尔系选择扩展ARM架构嵌入式处理器产品线，在各平台全面导入ARM核心，抢攻马达控制、人机介面、机器视觉等工业型机器人商机。

目前，飞思卡尔开发的ARM产品线，包含从最低阶的KinetisMCU(基于Cortex-M0+/M4核心)，到锁定即时运算和人机介面应用的Vybrid处理器(基于Cortex-A5+M4核心)，直到同时整合绘图处理器(GPU)、影像处理器(IPU)，可替代独立DSP与加速处理器(APU)，且满足机器视觉(MachineVision)运算需求的高阶i.MX应用处理器(基于Cortex-A9核心)，可为开发商提供一站式解决方案。

在马达控制方面，飞思卡尔则推出KinetisE系列、V系列以及DSC系列产品，全面涵盖各类马达控制应用。

除了嵌入式处理器厂商之外，FPGA厂也将大啖机器手臂马达控制商机。FPGA业者正积极挟高效能、高灵活性与扩展性的产品优势，抢攻机器手臂多轴化引发的马达控制商机，助力机器手臂达到完全拟人的效果，并降低生产成本及提高作业效率。

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挟高效能优势FPGA满足机器手臂多轴化设计

赛灵思(Xilinx)亚太区Zynq业务开发经理罗霖表示，因应工厂产线精密化，目前生产线上的机器手臂有朝向多轴化发展的趋势，这是为了让机器手臂能完全替代人类手臂，以执行多种精密、複杂的拟人动作，如此一来还可将过去须要透过多道不同运动控制类型的机器手臂产线转为合併成单一产线，降低生产成本及提高工厂作业效率。为了迎合机器手臂的多轴化发展趋势，机器手臂内建的马达数量及轴数都必须增加，当其中一个马达轴旋转到特定角度时，与其同处一个连动系统的马达轴也须旋转至相应的正确角度，且不同系统之间的搭配协调也至关重要；因此罗霖指出，相较于只能在单一节点上运作的MCU，FPGA的扩展性及运作效能将更能应付设计日趋複杂的多轴马达运算需求。

罗霖进一步分析，FPGA在同一机器手臂内，针对低、中、高阶内部系统皆能提供开发商一致的扩展性和灵活性；如开发商可选择在各个分散式控制的小型节点中都内建FPGA，也可选择在大型节点中置入效能更为强大的FPGA系统单晶片(SoC)，以单一颗FPGASoC就能完成机器手臂整体的多轴马达控制。以马达控制的核心--电流环为例，若以低阶的DSP来做为马达控制核心，则系统平均约须200微秒(μs)来启动电流环运作；不过若是透过FPGA则仅须耗时约50微秒，可大幅降低马达反应时间及提高运作速度。罗霖强调，透过FPGA控制可将电流环的驱动反应时间缩短，加快系统运作速度，此将更有利于多轴马达的操作。

另一方面，目前工控领域各种标准及协定百家争鸣，且仍持续汰换升级，因此一般的特定应用积体电路(ASIC)及特定应用标准产品(ASSP)将难以提供系统商灵活的开发平台；反之，FPGA则能为系统开发商提供高弹性、高扩展性的开发环境。

值得注意的是，近来FPGA元件商积极发展的FPGASoC产品，也在工控领域大有斩获。由于工业领域具有垂直封闭的特色，各种协定、软体支援常常互不相容，此时，单纯的硬体整合方案，如FPGASoC，对于工业领域的系统开发商来说反而极具优势。因此，赛灵思也将其打造的AllProgrammableZynq-7000SoC视为进军工业智慧自动化领域的重要武器。

赛灵思日前更于2014年嵌入式电子与工业电脑应用展(EmbeddedWorld2014)中，为其FPGASoC下一代产品线--ZynqUltraScaleMPSoC，发布新一代採用台积电16奈米鳍式场效电晶体(FinFET)製程的UltraScale多元处理(Multi-Processing,MP)架构。

据了解，赛灵思AllProgrammableMPSoC架构可为处理器提供32到64位元的扩充能力，并可支援虚拟化应用，结合软硬体引擎进行即时控制和图像/影像处理、波形与封包处理、新一代的一致性互联和记忆体、高阶电源管理，以及可提供多层防护、安全性和可靠度的加强技术。

罗霖补充，具备强大平行运算功能的FPGA，不只能应付多轴机器手臂的需求，亦能实现机器视觉系统高弹性的灵活配置。

另一方面，为了不让FPGA厂商通吃机器视觉应用大饼，DSP厂商亦正设法提高元件的设计弹性。