英特尔赋能产业智能化升级-机器人特刊2022

机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。当前，中国机器人产业蓬勃发展，包括工业机器人、服务机器人，正极大改变着人类生产和生活方式，为经济社会发展注入强劲动能。 而中国机器人产业的发展既离不开机器人核心技术和核心零部件的发展，也离不开包括AI、5G、云计算、边缘等新一代科技的创新。 因此，面对新一轮的产业革命和技术革命，中国正在抓住机遇、直面挑战，以发展技术、落实应用、优化结构为核心，推动中国机器人高质量发展。 中国人工智能产业发展联盟办公室主任 中国机器人产业发展概况 1.1 机器人定义及分类1.2 机器人历史发展1.3 机器人产业图谱1.4 机器人政策 1.5 机器人细分市场综述 中国机器人产业发展概况 1.1 机器人定义及分类 1.5 机器人细分市场综述 英特尔助力机器人产业——实战 2.1 工业机器人2.2 物流机器人2.3 服务机器人2.4 巡检机器人 2.1 以机器视觉为眼，英特尔让工业机器人的路越走越宽 英特尔®FPGA、英特尔® 酷睿™ 处理器、英特尔®OpenVINO™工具套件等产品与解决方案的应用不仅帮助信捷电气克服了目前“3D视觉 + 机器焊接” 应用过程中的挑战，也让X-SIGHT*3D机器视觉焊接解决方案焊接效率加倍、焊接质量提升。 2.2 英特尔助力物流机器人领域，重塑运输、分拣和仓储 原先，华睿科技采用的是外购通用工控机方案，然而基于该方案的移动机器人功耗大且抗震性差，且性价比不高。假设处理器功耗居高不下，则会影响机器人的散热能力和续航能力；假设处理器抗震性差，则可能造成物流机器人在工作的过程中发生故障，影响生产或履约进度。 因此，华睿科技最终选择与英特尔合作定制了基于凌动® 芯片的移动机器人控制器，在满足机器人算力的前提下，功耗大幅降低 80% ，同时抗震性良好，维修率可降低 90% 以上。此外，英特尔凌动®处理器性价比更高，对机器人企业来讲更加满足机器人量产的条件。 灵动科技AMR在英特尔®RealSense™摄像头的基础上，成功与激光传感器完成了传感器融合。基于自身独特的传感器融合算法，灵动科技AMR可以精确 感知并追踪周边障碍物运动状态，在复杂变化的环境中，实现灵活走位，与企业主一起跨越障碍，突破重围。 英特尔® 酷睿™ 处理器 2.3 英特尔让公共服务机器人赋能更多场景 解决方案：英特尔加持，思岚科技让机器人Diana摇身一变“盘点小妹” 为了解决机器人自动盘点的难点，Diana搭载了多个可灵活调整角度的RGB摄像头、深度摄像头，包括英特尔®RealSense™深度和追踪摄像头，以采集环境中的深度信息，拍摄货架照片，为自动导航、避障、货物识别等功能提供数据支撑。同时，Diana基于英特尔®Tiger Lake处理器和英特尔®Movidius™ Myriad™视觉处理器分别提升了算力和图像处理能力，以此实现更高效、更准确的商品盘点。 在商超的零售业务中，及时的商品盘点有助于商超洞察商品销售的真实情况，以控制存货，掌握商品损益。传统的人工商品盘点模式由于效率低致使商家补货不及时或库存管理混乱，已经无法充分满足零售业务的转型需求。然而，让机器人替代人工去盘点货物又对机器人提出了挑战。首先，在超市中，商品品类极为繁多、变更频繁，且不同商品之间在形态、颜色等方面差异较大，目前市面上现有的机器人无法高效、准确地识别货物，尤其是对不搭载视觉产品的机器人更是难题。其次，货物的识别和盘点需要机器人采集和处理大量的数据，这也对机器人的算力提出了要求。 此外，得益于英特尔® 智能移动机器人参考设计平台，思岚科技强化了机器人底盘的扩展接口、内存设置，使得服务机器人不仅可以提供高度优化的深度学习计算性能，加速深度学习模型推理，还可以支持更多落地场景，以最优的成本和性能满足广泛工作负载的需求。 在此背景下，基于移动机器人的商品自动化盘点解决方案——思岚科技零售盘点机器人Diana应运而生。 解决方案：助力全民健身时代，维塑科技携手英特尔® 推出3D智能体测产品 运动权威数据库，助力实现智能化运动评估与分析，做好全民运动健康的智能哨兵，助力全民健康2030。 随着时代的发展，全球各国民众对于运动的意识和需求都在逐年显著增长，其中如何通过运动高效提升健康状态，如何通过运动高效合理的改变身型状态，如何通过运动提升身体健康状态而不是造成不必要的损伤，成为了运动中非常重要的关键三大点。在这样的大背景下，科学运动评估与管理则变得尤为关键。维塑科技专注于人体数字化、虚拟化以及智能化应用，是首个将人体动态三维重构技术应用到健康管理与评估领域的中国企业，通过光学传感器与人工智能技术的融合，并基于海量的科学 自 2014 年至今，维塑科技研发生产了全维度3D智能体测专家、3D智能体测仪、3D人体成分分析仪、智能动态体能评估与运动训练一体机、沉浸式3D智能专业跑步机等产品。可满足医疗领域、武警部队体能训练、青少年体质与健康、全民健康、运动康复、商业健身、美业、瑜伽普拉提等多场景下不同人群的需求，实现了对人体静、动状态下身体机能与体质的全面智能化分析评估。 全维度3D智能体测专家 同时，维塑3D专业智能身体评估系列产品使用了英特尔® 酷睿™ 处理器和RealSense™摄像头。由于该 英特尔®RealSense™摄像头则是帮助产品实现人体3D数据的采集，提供体型、体态的检测，同时解决 2.4 “AI+ 机器视觉”，英特尔解决传统巡检难题 巡检机器人，顾名思义是进行巡逻和检查功能的移动机器人，多用于机房、工业园区、配电室、变电站等场景。根据中国标准，专业的巡检机器人属于特种机器人。 平台的工业巡检机器人方案，适用于机房、工业园。区、配电站、变电站、港口、石化区、辐射区等多个场景。 其中，工业巡检机器人集成多种传感器及数据采集单元，在表计开关、设备缺陷、热力分布、环境信息及人员异常行为分析等检测中具有高度的任务执行自主性、信息采集准确性、数据回传实时性、巡逻任务全时性，解决了传统人工巡检的问题。同时，凭借人工智能处理方式和大数据分析手段，机器人采集和分析的数据可以自动生成巡检报告，帮助用户及时、有效地了解和检查巡检现场目标单元的状态，实现无人值守的情况下完成设备的检查、诊断和排除故障工作。 巡检机器人的出现主要和变电所、矿区、工业园区等场景的安全巡检需求有关。在巡检机器人出现之 前，安全巡检工作多由人工完成。这样的组合人工成本高、效率低下、误判高且人工无法在恶劣环境下完成巡检工作。因此，随着人工智能和机器视觉技术 的发展，可自主移动的巡检机器人开始出现在市场。 天津新松智能就推出了一款基于英特尔® 酷睿™ 处理器、OpenVINO™ 视觉算法工具和工业边缘控制 英特尔® 酷睿™ 处理器 英特尔助力机器人产业——产品和技术 3.1.1 RealSense™3.1.2 FPGA 3.1.3 CPU 3.1.4 Movidius™ 视觉处理器3.1.5 工业边缘节点3.2 平台软件 3.2.1 工业边缘控制平台（ECI）3.2.2 工业边缘洞见平台（EII） 3.2.3 AMR 开发平台（EI for AMR）3.2.4 机器人“云-边-端”一体化3.3 性能优化 3.3.1 深度学习优化及异构部署：OpenVINO™3.3.2 并行优化、高性能计算及异构部署：oneAPI 3.3.3 确定性实时优化：ECI RT Patch 3.4 技术预演 3.4.1 移动机器人3.4.2 视觉抓取3.5 开源项目 英特尔® 机器人矩阵 3.1.1RealSense™ 同时，RealSense™摄像头及其模提供SDK2.0开源跨平台库，支持Windows/Linux/IOS/Android多平台开发。 英特尔®RealSense™系列是拥有高分辨率成像和深度感知技术的计算机视觉摄像头， 可以提供从7cm - 6m 距离的稳定性能，在大多数光照条件下也能保持良好的性能，因此可应对室内和室外的环境需求。 D435/D435i/435f 如图像处理，虽然有些处理器有GPU的加持，但GPU多用于AI运算加速，图像信号处理、图像预处理等可通过FPGA实现。 FPGA开发时间较短，且无需布局、掩膜等制造步骤。因此，FPGA适用于项目产品需要灵活变动及要求产品快速占领市场的情况。 机器人运动控制对实时性要求非常高，必须针对固定的点，在固定的时间发出数据。用处理器去单一地实现该需求性价比不高，而且处理器不能超频、降频使用。 如今的FPGA包括片上处理器、28 Gbps（或更快）的收发器I/O、RAM块和DSP引擎等。 图：FPGA在机器人领域的优势 英特尔针对不同的市场需求推出了各系列FPGA产品，包括首款基于10纳米技术打造的Agilex™系列、高端Stratix® 系列、中端Arria® 系列、非易失性架构的MAX® 系列和低功耗和成本的Cyclone® 系列。 同时，英特尔®FPGA提供各类可配置的嵌入式 SRAM、高速收发器、高速I/O、逻辑模块和路由，可以满足机器人接口融合、短延时计算和定延时计算的需求。 图：英特尔®FPGA产品系列 可编程的软件定义英特尔®FPGA为机器人提供了卓越的性能和灵活性，以及较低的功耗。无论处于哪个 计算位置，英特尔®FPGA均可帮助确保连续的性能优化，能够充分利用位流更新，避免硬件升级。 美适配对体积和能耗有要求的边缘设备，也适用于机械臂、移动机器人的实时控制；英特尔® 酷睿™处理器主打高性能，适用于对视觉处理、多传感器融合处理、AI 推理等智能功能有需求的智能设备，例如移动机器人、机械臂视觉伺服。 英特尔®CPU不仅适用于笔记本电脑、台式机、工作站、服务器，也为机器人提供了支持。针对机器人设计和场景需求，英特尔主要有英特尔凌动® 处理器和英特尔® 酷睿™ 处理器供机器人厂商选择。其中，英特尔凌动® 处理器主打小巧、低能耗、实时，完 对视觉处理、多传感器融合处理、AI推理等智能功能有需求的智能设备，例如机器人、智慧零售设备、AI诊断设备、智慧安全等 边缘设备、机械臂、移动机器人、服务机器人 图：英特尔凌动® 处理器和英特尔® 酷睿™ 处理器对比 相较以往的系列，第十一代英特尔凌动® 处理器和英特尔® 酷睿™ 处理器更是对机器人领域做了以下方面的性能提升： 3.1.5 工业边缘节点 该架构是一个模块化硬件参考设计（基于英特尔凌动® 处理器（EHL）和英特尔® 酷睿™ 处理器平台（WHL-U，TGL-U）的参考设计），用于广泛工业边缘应用，如设备控制和机器视觉等。 据边缘计算产业联盟，工业边缘节点（即工业互联网边缘计算节点），是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，构建融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放体系，形成新的生态模式，就近提供边缘计算服务。 基于模块化的特点，用户可以在自定义I/O的多品类、小批量产品上节省成本和时间。同时，在这种架构下，CPU灵活性更高，在旧I/O模块上可搭配最新CPU模块，提供卓越体验。此外，英特尔提供的工业边缘节点具备工业级I/O、工业级连接器+无风扇的坚固设计，在恶劣条件下寿命长达 7-10年。 当前，大规模部署工业互联网边缘节点除了需要满足跨设备/软件/平台互联互通、实时控制、应用智能等基本的需求，还需要满足两个条件：第一，灵活性和成本的平衡；第二，工业级坚固耐用的设计。 因此，英特尔在硬件方面设计了面向边缘通用计算的硬件平台——工业边缘节点参考架构。 3.2 平台软件 EII网络图形界面部署工具 例如Azure IOT Edge 边缘洞见消息总线（Message Bus） 3.2.3 英特尔®AMR开发平台 （Intel® Edge Insights for AMR） colcon、rqt等。同时，还提供其他开发工具，例如，英特尔®OpenVINO™开发工具包，