成果名称: 高性能低功耗的机器人运动控制和定位导航专用芯片设计及其产业化
完成单位: 珠海一微半导体股份有限公司,广东工业大学
主要人员: 肖刚军,蔡述庭,詹瑞典,姜新桥,张学习,许登科,陈学松,赵伟兵,赖钦伟,何再生,周和文,李永勇,黄明强
介绍:

    ①课题来源与背景; 本项目是省科技厅重点研发计划,项目重点研发机器人核心SoC芯片及其相关核心算法,实现了基于专用SoC的机器人运动控制整体解决方案,解决了无法精准室内定位和高集成度高性能低功耗芯片等行业问题,通过自主研发导航引擎、地图引擎、sensor处理单元、DSP处理单元等关键集成电路技术实现机器人运动人工智能的硬件化,首创全球首款适用于多场景通用化的机器人运动控制和SLAM专用SoC芯片,兼顾低功耗和高性能从根本上提高计算性能,实现集成电路与人工智能的完美结合。

    ②技术原理及性能指标(技术的创造性与先进性); (1)设计专用的硬件算法加速器释放CPU运算能力:机器人在进行地图构建、路径规划、自主导航等操作时需结合多种算法处理大量数据,本专用芯片设计了专用的硬件算法加速器,将PID环路、流形积分、光流滤波、角度运算等功能硬件化,节省了CPU消耗,提高了运算速度,在实现高性能和实时性的同时,实现低功耗,大幅度简化软硬件设计。相同的运算复杂度,AM380S运算时间几乎是通用芯片的1/8。 (2)深度学习与SLAM算法有机结合实现高精度导航定位:针对业界A-Star算法的拐点处高概率碰撞、碰撞点处反复折腾及机器人在拐点处姿态异常的难题,改进已有的导航与地图构建技术,识别、路径规划算法,将项目研发的ASLAM和深度学习算法有机结合,实现了机器人的实时定位与自主导航精度≤10CM,机器人的响应速度≤3S,实时采集传感器的数据≥10个,达到国内领先水平。 (3)基于多种加密算法的用户数据加密:研发完善的加密机制,芯片与芯片、芯片与外部智能设备等进行通信,传输的数据都经过加密算法加密,保证用户隐私安全。深入研究MASK掩码技术、随机化技术等侧信道攻击与防御技术,改进传统加密算法电路易破解的缺点。 (4)丰富算法库及SDK平台:研发了具有主导可视化调试测试平台(运动跟踪、测试、分析等),包括惯性导航、视觉导航、激光导航等国内领先的通用SDK平台,采用本平台,可将开发周期从1年缩短到半年以内。

    ③技术的成熟程度,适用范围和安全性; 项目成果已实现移动机器人运动控制与SLAM算法的芯片化,并实现在清洁机器人、智能陪伴机器人、银行服务机器人等产品中规模量产,截止至2022年5月,项目成果AM380S及相关产品累计销售近2亿。

    ④应用情况及存在的问题; 本产品在全球清洁类机器人产品中的市占率达到15%,品牌渗透率超50%。本产品作为移动机器人专用SoC芯片,提供的是芯片、算法及完整解决方案,而行业中其他芯片设计公司只涉及其中的1-2项,并且提供的是通用SoC芯片。为此,相比较而言,本产品具有更突出的性能和更广泛的适用性。 本产品的主要客户及应用案例介绍:本产品已实现在清洁机器人领域大规模量产超500万片(套),获得德国凯驰(Karcher)、SHARK、安克(Anker)、小米、美的、海尔、莱克、联想、SEB、软银、360、BISSELL、长虹、小狗等国内外知名品牌采用,在清洁机器人客户品牌渗透率超50%。 本产品应用到了米家扫地机器人、深圳银星智能、东莞芯速等导航清洁机器人产品中。使用本产品的清洁机器人具有路径记忆、自适应学习、可视化清扫地图和自主导航功能,同时可以支持多红外检测,当遇到障碍物时可自动减速,进行缓冲操作从而有效保护机器人产品及家私。本产品支持语音提示功能,支持Wifi远程控制和清扫地图显示,可以通过遥控器操作清洁机器人。同时,本产品可支持关机按键唤醒、遥控唤醒、手机APP唤醒等3种唤醒模式,还可以实现每天定时、一周七天预约清扫;此外应用本产品的清洁机器人,最高清扫覆盖率可达到99%,沿边扫,防碰撞,防摔落等性能远超国产同类机型。 存在的问题:产品持续迭代升级,保持技术优于市场产品两三代。由于语义分割网络训练样本的因素,在实验中,有些图片效果不太好,无法将动态物体完全识别,只识别出一部分情况,有时候只是一双腿或是身体的一部分。第二列图像是单纯利用语义分割网络识别出的人的情况,可以看到很多情况下动态物体的识别缺失较多,这将在地图中存在较大的误差。对于动态物体目标的修复,如果仅利用深度值进行补偿,往往会因为参数问题导致过补偿,虽然通常这种情况不严重,但还是需要利用边缘提取进行限制达到更好的效果。

    ⑤历年获奖情况; (1)获得“中国智能科学技术最高奖中国”第七届吴文俊人工智能科学技术奖-企业技术创新工程奖; (2)第七届中国创新创业大赛(广东·珠海)成长组优胜奖; (3)第八届中国创新创业大赛(广东赛区)成长企业组电子信息行业二等奖。

批准登记号:
登记日期: 2022-08-03
研究起止时间: 2015-03-26至2020-06-30
所属行业: 信息传输、软件和信息技术服务业
所属高新技术类别: 电子信息
评价单位名称: 广东省电子学会
评价日期: 2022-06-28