當機器人遇上MCU—飛思卡爾Kinetis E系列與機器人設計研發(fā)相得益彰

　　理想機器人在不斷演進(jìn)

　　從1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬(wàn)能機器人》中最早使用機器人一詞到今天的近一百年間，人們對機器人的追求和完善從未停止。近年來(lái)，機器人隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的發(fā)展而不斷演進(jìn)。人們對機器人的要求已不再局限于代替人做事情，而是能夠連接物聯(lián)網(wǎng)，與其他設備和人進(jìn)行交互，當然對數據反饋、智能判斷速度、機器人大小等其他性能的要求也越來(lái)越高，如可應用在智慧家庭等環(huán)境中的小型移動(dòng)機器人。

　　機器人內部架構的一個(gè)核心之一就是微控制器(MCU)，MCU的種類(lèi)千差萬(wàn)別，機器人的研發(fā)人員也在不斷評估各種新MCU，以找到一個(gè)更合適的。飛思卡爾在今年8月最新推出的業(yè)界首款基于A(yíng)RM Cortex-M0+處理器的5 V Kinetis E系列微控制器就是一個(gè)不錯的選擇。

　　Kinetis E與機器人設計相得益彰

　　Kinetis E系列微控制器結合了低成本、高性能、先進(jìn)的電磁兼容性(EMC)和靜電放電(ESD)保護功能，符合工業(yè)級的可靠性和溫度要求。其中，KE02是Kinetis E系列的入門(mén)級產(chǎn)品，其電壓范圍為2.7 V~5.5 V，閃存寫(xiě)入電壓范圍為2.7 V~5.5 V, 溫度范圍(環(huán)境)為 –40 °C~+105 °C。 從性能上來(lái)看，其具有高達20 MHz ARM Cortex-M0+內核，單周期32位× 32位乘法器，單周期輸入/輸出訪(fǎng)問(wèn)端口，內置了高達64 KB的Flash， 256 B的EEPROM以及4 KB的RAM。

　　Kinetis E系列MCU中的Flex定時(shí)器(FTM)模塊共有三個(gè)：包括一個(gè)具有死區時(shí)間插入和故障檢測功能6通道FTM，和兩個(gè)與飛思卡爾8位單片機HCS08的TPM(Timer PWM Module)模塊向后兼容的2通道FTM。每個(gè)通道都可以針對輸入捕捉、輸出比較、邊緣或中心對齊PWM模式進(jìn)行配置。這個(gè)功能非常適用于電機控制，再加上飛思卡爾的FreeMaster，就適合作算法參數確定。

　　Kinetis E系列電源管理模塊(PMC)提供三種電源模式：運行、等待和停止模式，可以在保障能源效率的情況下運行。Kinetis E還內置看門(mén)狗和可編程CRC模塊、每芯片64位唯一識別碼(ID)，以提供更高的安全性。

　　32位MCU一直以來(lái)都以低電壓運行，其在機器人、電機控制甚至家庭中應用時(shí)，往往由于電磁環(huán)境惡劣而不被人所用，人們只能退而求其次選擇16位乃至8位的單片機。Kinetis E系列MCU強大的電磁抗噪能力讓人們消除了這種顧慮，為高噪聲環(huán)境中運行的系統的MCU“改朝換代”帶來(lái)了可能。

　　值得一提的是，飛思卡爾提供的Freedom開(kāi)發(fā)平臺FRDM-KE02Z兼容Arduino R3引腳布局的規格，并且具有全新的OpenSDA調試接口。Arduino 是一個(gè)基于開(kāi)放源碼的軟硬體平臺，能通過(guò)各種各樣的傳感器來(lái)感知環(huán)境，通過(guò)控制燈光、馬達和其他的裝置來(lái)反饋、影響環(huán)境。板子上的MCU可以通過(guò)Arduino的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，編譯成二進(jìn)制文件，收錄進(jìn)MCU。正因為這些優(yōu)點(diǎn)，Arduino是現在最熱門(mén)的設計機器人(特別是可連網(wǎng)的小型移動(dòng)機器人)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的平臺之一。這也體現出飛思卡爾以用戶(hù)需求為導向的理念。

　　MCU和多系列產(chǎn)品線(xiàn)為工業(yè)機器人保駕護航

　　在Kinetis E系列之前，飛思卡爾已經(jīng)有一些可以應用在機器人領(lǐng)域的明星產(chǎn)品，如PowerQUICC、QorIQ通信處理器和i.MX多媒體處理器，此外多款傳感器也非常適用于機器人應用。它們以各自的優(yōu)勢在不同領(lǐng)域各司其職，特別是在工業(yè)機器人領(lǐng)域。工業(yè)機器人已廣泛應用于各種自動(dòng)化任務(wù)，包括焊接、涂漆、裝配、拾放、包裝、產(chǎn)品檢驗和測試等。每個(gè)多軸機器人本身可以是復雜的系統，配備傳感器、機械手、電機和運動(dòng)控制裝置。機器人往往以群組的形式部署，這就需要運用監控功能對其進(jìn)行全面控制。高性能PowerQUICC和QorIQ通信處理器集成了監控和操作機器人所需的處理能力和連接功能，具備高耐用、高速度和高精度等特性，尤其適合做運動(dòng)控制和電機控制。

　　i.MX系列被認為是飛思卡爾歷史上最成功的處理器之一，被用在消費電子、汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)、數據連接、醫療保健、網(wǎng)絡(luò )等各種應用。最新的i.MX 6系列是基于A(yíng)RM Cortex-A9架構，包括單核、雙核和四核在內的高擴展性多核系列應用處理器平臺，可以提供全新等級的多媒體性能和超強的穩定性，十分適用于眾多工業(yè)智能設備。一個(gè)很有意思的i.MX應用案例是VGo智能遠程醫療機器人，旨在降低醫療護理成本，同時(shí)改善護理患者的水平。飛思卡爾在一個(gè)集成封裝中融合了多個(gè)i.MX處理器，使VGo能夠在一個(gè)輕型、緊湊、且易用的設備中包含實(shí)時(shí)視頻和音頻，以及遙控移動(dòng)等多種復雜的特性。

　　隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，機器人和其中的微控制器都必將不斷演進(jìn)，唯一不變的是人們追求更加智能生活的理想，飛思卡爾會(huì )繼續為實(shí)現人們的理想而不斷努力。