随着机器人的广泛应用，机器人控制器和伺服驱动器的小型化、轻量化需求不断增长，如何兼顾高系统性能与紧凑尺寸已成为一大挑战。
与人类协同工作的协作机器人和小型工业机器人日益普及，市场对更小、更轻的机器人控制器及伺服驱动器的需求持续上升。 然而，如何兼顾高系统性能与紧凑设计，已成为一项重大挑战。
工业机器人不仅需要对多个轴进行高速、高精度的同步控制，还需要通过工业以太网连接上层控制器，并符合功能安全标准。 为满足上述需求，传统系统通常组合使用多个器件，包括用于运动控制的高性能处理器（MPU）、分配给各个轴进行电机控制的微控制器（MCU），以及用于连接外部设备的通信 ASIC。
通过增加器件实现相关功能，会增大电路板面积，使小型化更加困难。 尤其对于协作机器人而言，缩小控制电路的尺寸至关重要。
图 1： 传统机器人的控制框图
将机器人控制功能整合到单芯片中
机器人控制需要同时执行位置、速度和转矩控制。 为支持这些功能，RZ/T2N MPU 集成了两个 Arm® Cortex®-A55 CPU 内核，提供高性能应用处理能力，以及两个 Arm Cortex-R52 CPU 内核，提供具有高度确定性的实时性能。
Arm Cortex-A55 内核负责基于 Linux 的应用处理和网络处理，而 Arm Cortex-R52 内核负责电机控制和功能安全等对时间要求严格的实时任务。 通过将各项工作负载分配给最合适的 CPU 内核，可兼顾高性能应用处理与高精度实时控制。
除直接连接 CPU、支持高速访问的紧密耦合存储器（TCM）外，RZ/T2N 还配备 DDR 接口，可连接大容量 DDR 存储器。 因此，系统可根据各项工作负载的需求使用存储器。 Linux 应用等大型程序可存放在 DDR 存储器中，而电机控制和功能安全软件等要求高度确定性实时性能的程序可存放在 TCM 中。
RZ/T2N 将以往分散在多个器件中的功能整合起来，通过更简单的单芯片架构集成应用处理、实时控制和网络处理。
四轴电机控制与工业以太网，实现多轴同步
RZ/T2N 集成了最多控制四个电机轴所需的外设功能， 包括为四个轴生成 PWM 输出的定时器功能、用于电流检测的 Delta Sigma 接口，以及用于位置和速度检测的编码器接口。
编码器接口为每个轴提供两个通道，并支持多种协议，包括 A-format、BiSS®-C、BiSS-Line、EnDat® 2.2、EnDat 3.0 和 HIPERFACE® DSL。 由于每个通道均可使用不同协议，因此可扩大电机和编码器的选择范围，灵活支持多种机器人配置。
此外，在先进工业设备中，设备之间高可靠性、高精度的工业以太网连接至关重要。 工业以太网正得到日益广泛的应用，用于实现机器人内部电机和 I/O 的高速、高精度同步。
RZ/T2N 配备以太网子系统，具有五个以太网端口，并支持 EtherCAT®、PROFINET® RT/IRT、EtherNet/IP™ 和 OPC UA® 等主流工业以太网协议。 该器件还提供时间敏感网络（TSN）的硬件支持，可构建分布式同步控制系统，使联网设备协同运行。
满足不断提高的功能安全要求
在工业机器人中，为保护人员和设备，功能安全与控制性能、生产效率同样重要。 随着机器人系统自主性不断提高、应用范围持续扩大，故障检测和安全停止等安全相关功能需要具备更高的可靠性。
RZ/T2N 集成的 Cortex-R52 内核可提供具有高度确定性的实时性能，不仅适用于电机控制，也非常适合安全相关处理。 通过将 RZ/T2N 与同样搭载 Cortex-R52 内核的 RZ/T2M 或 RZ/T2L 配合使用，并采用瑞萨电子功能安全软件解决方案，设计人员可构建由两个 RZ MPU 独立执行安全处理任务并相互监控的功能安全架构。 该配置可实现 HFT = 1，即使发生单一故障，仍可保持安全功能。
瑞萨电子提供丰富的功能安全解决方案，支持为具有严格安全要求的机器人系统和工业设备开发符合 IEC 61508 SIL 3 要求的安全系统。 例如，瑞萨电子免费提供经独立认证机构 TÜV 认证的安全网络协议解决方案，如基于 EtherCAT® 的故障安全协议（FSoE）和 PROFIsafe®。
借助 RZ/T2N 构建更简单、更灵活的机器人系统
在当今的工作环境中，协作机器人和紧凑型工业机器人必须具备高性能控制、工业以太网通信和功能安全等先进功能，同时还要满足更小尺寸的设计需求。 如下图所示，RZ/T2N 将机器人控制所需的应用处理、最多四轴的电机控制处理，以及工业以太网通信集成到单芯片中，兼顾紧凑尺寸与高性能。 此外，还可通过兼容 EtherCAT 的产品添加电机、I/O 和其他设备，轻松扩展系统。
图 2： 使用 RZ/T2N MPU 进行机器人控制
通过将 RZ/T2N 与采用相同架构、针对实时控制优化的高端 RZ/T 系列产品，或面向工业网络设计的 RZ/N 系列产品配合使用，设计人员可根据功能安全要求、性能要求和轴数需求，打造一个可扩展的机器人平台。
有关更多信息，请访问 RZ/T2N 产品页面。
