當機器人遇上MCU：飛思卡爾Kinetis E為工業(yè)機器人保駕護航

從1920年捷克作家卡雷爾•查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》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，機器人隨著無線傳感器網絡等技術的發(fā)展而不斷演進。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，與其他設備和人進行交互，當然對數(shù)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越高，如可應用在智慧家庭等環(huán)境中的小型移動機器人。

機器人內部架構的一個核心之一就是微控制器(MCU)，MCU的種類千差萬別，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ARM Cortex-M0+處理器的5 V Kinetis E系列微控制器就是一個不錯的選擇。

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系列的入門級產品，其電壓范圍為2.7 V~5.5 V，閃存寫入電壓范圍為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/輸出訪問端口，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定時器(FTM)模塊共有三個：包括一個具有死區(qū)時間插入和故障檢測功能6通道FTM，和兩個與飛思卡爾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模式進行配置。這個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(shù)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。

圖1 Kinetis E內部結構圖

32位MCU一直以來都以低電壓運行，其在機器人、電機控制甚至家庭中應用時，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(tǒng)的MCU“改朝換代”帶來了可能。

值得一提的是，飛思卡爾提供的Freedom開發(fā)平臺FRDM-KE02Z兼容Arduino R3引腳布局的規(guī)格，并且具有全新的OpenSDA調試接口。Arduino 是一個基于開放源碼的軟硬體平臺，能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的MCU可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，收錄進MCU。正因為這些優(yōu)點，Arduino是現(xiàn)在最熱門的設計機器人(特別是可連網的小型移動機器人)和無線傳感器網絡應用的平臺之一。這也體現(xiàn)出飛思卡爾以用戶需求為導向的理念。

MCU和多系列產品線為工業(yè)機器人保駕護航

在Kinetis E系列之前，飛思卡爾已經有一些可以應用在機器人領域的明星產品，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)勢在不同領域各司其職，特別是在工業(yè)機器人領域。工業(yè)機器人已廣泛應用于各種自動化任務，包括焊接、涂漆、裝配、拾放、包裝、產品檢驗和測試等。每個多軸機器人本身可以是復雜的系統(tǒng)，配備傳感器、機械手、電機和運動控制裝置。機器人往往以群組的形式部署，這就需要運用監(jiān)控功能對其進行全面控制。高性能PowerQUICC和QorIQ通信處理器集成了監(jiān)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、汽車和工業(yè)市場、數(shù)據連接、醫(yī)療保健、網絡等各種應用。最新的i.MX 6系列是基于ARM 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(wěn)定性，十分適用于眾多工業(yè)智能設備。一個很有意思的i.MX應用案例是VGo智能遠程醫(yī)療機器人，旨在降低醫(yī)療護理成本，同時改善護理患者的水平。飛思卡爾在一個集成封裝中融合了多個i.MX處理器，使VGo能夠在一個輕型、緊湊、且易用的設備中包含實時視頻和音頻，以及遙控移動等多種復雜的特性。

圖2 VGo智能遠程出席機器人

隨著時代的進步，機器人和其中的微控制器都必將不斷演進，唯一不變的是人們追求更加智能生活的理想，飛思卡爾會繼續(xù)為實現(xiàn)人們的理想而不斷努力。