官方网站-首页

与传统工业机器人不同，智能机器人运用多种传感器、人工智能及先进算法，能够与环境互动、检测障碍物，并与人类及其他机器协同工作。部署自主机器人有助于提升生产力与效率：它们可承担重复性或耗时任务，让人类工人得以专注于增值活动。轻负载场景下，系统可采用 12 V电池供电;较高电压(如 48 V)则能降低工作电流，从而减小导线尺寸并节约成本。目前，智能机器人主要应用于仓库、生产工厂等受控环境，但其户外作业的应用趋势正不断扩大。

框图

顶层拓扑

下面的框图展示了安森美 (onsemi)打造的智能移动机器人方案。 机器人系统由多个相互连接的子模块构成， 主要包括电池管理、 运动控制、 感测和中央处理器 (CPU) 等子模块。 这些子模块方案与具体的应用场景紧密相关：例如，仅在内部作业的机器人所需的传感器数(shù)量(liàng)较(jiào)少(shǎo);而(ér)搭(dā)载(zài)机(jī)械(xiè)臂(bì)的(de)机(jī)器(qì)人(rén)则(zé)需(xū)要(yào)配(pèi)备(bèi)更(gèng)多(duō)电(diàn)机(jī)逆(nì)变(biàn)器(qì)。

方案概述

连接(取代 CAN)

AMR 中的 CPU 和所有构建块需要相互通信。 通信手段有许多种。传统上， 使用的是 CAN、 LIN、 RS-485、 RS232和许多其他方式。 所有这些都可以用 10Base-T1S 取代。

它是 IEEE 在 802.3cg 第 147 条规范中指定的以太网协议。 借助 10BASE-T1S， 仅使用一根双绞线便可将多个PHY 连接到公共总线。 这减少了所需的交换机端口数量，并且无需网关。 由于 10BASE-T1S 只需要一根非屏蔽双(shuāng)绞(jiǎo)线(xiàn)， 因(yīn)此(cǐ)布(bù)线(xiàn)成(chéng)本(běn)也(yě)大(dà)大(dà)降(jiàng)低(dī)。

此(cǐ)外(wài)， 10BASE-T1S 的(de)通(tōng)信(xìn)速(sù)度(dù)可(kě)达(dá) 10Mbps， 高(gāo)于(yú)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)的(de)许(xǔ)多(duō)方(fāng)案(àn)(例(lì)如(rú)， LIN 最(zuì)高(gāo)为(wèi) 20Kbps， CAN 最(zuì)高(gāo)为(wèi)约(yuē) 1Mbps) 。

任(rèn)何(hé)节(jié)点(diǎn)都(dōu)可(kě)以(yǐ)向(xiàng)/从(cóng)任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)节(jié)点(diǎn)发(fā)送(sòng)/接(jiē)收(shōu)以(yǐ)太(tài)网(wǎng)帧(zhèng)， 类(lèi)似(shì)于(yú)传(chuán)统(tǒng)的(de)以(yǐ)太(tài)网(wǎng) LAN。

在(zài)多(duō)分(fēn)支(zhī)拓(tà)扑(pū)中(zhōng)运(yùn)行(xíng)时(shí)， 物(wù)理(lǐ)层(céng)冲(chōng)突(tū)避(bì)免(miǎn) (PLCA) 特(tè)性(xìng)可(kě)以(yǐ)避(bì)免(miǎn)数(shù)据(jù)包(bāo)冲(chōng)突(tū)。 节(jié)点(diǎn)会(huì)根(gēn)据(jù)各(gè)自(zì)的(de)ID 轮(lún)流(liú)(一(yī)次一个) 在总线上进行传输。 PLCA 周期不是固定的， 取决于待处理的数据。

图 1：多分支与点对点网络拓扑

以太网控制器 NCN26010

10Mb/s 工业以太网 MAC+PHY IC 控制器

符合 10BASE-T1S – IEEE 802.3cg 标准

集成 MAC 和 10BASE-T1S PHY

PLCA 突发模式 – 如果某个节点需要发送比所有其他节点都多的数据， 则允许该节点在每次 PLCA 传输机会中发送更多帧

支持 8 个以上节点， UTP 线缆传输距离超过 25m

增强抗噪声能力

全局唯一 MAC 地址

32 引脚 QFN 封装

图 2： 10BASE-T1S MACPHY 评估套件

电感式位置检测

位置传感器会测量轮子或其他运动部件的旋转， 以准确跟踪它们在环境中的位置和方向。 这些传感器可用作 BLDC 控制电子换向的一部分。 电感式编码器相比传统的光学或磁检测有许多优势。

电感式检测稳健、 轻便、 只需很少的元件， 并且对振动或污染不敏感。

电感式检测 NCS32100

非接触式传感器方案， 由两片 PCB 组成：一个带有两个印刷电感器(无焊接元件) 的转子， 以及一个带有印刷电感器和编码器 IC 的定子。

传统光学编码器方案可能需要 100 多个元件(jiàn)才(cái)能(néng)正(zhèng)常(cháng)工(gōng)作(zuò)， 与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)比(bǐ)， 安(ān)森(sēn)美(měi) NCS32100 仅(jǐn)需(xū) 12 个(gè)元(yuán)件(jiàn)即可实现最小功能系统。

计算位置和速度

绝对编码器 - 无需移动即可确定位置

6,000 RPM 全精度(最大 45,000 RPM)

对于(yú) 38mm 传(chuán)感(gǎn)器(qì)，精(jīng)度(dù)为(wèi) +/- 50 角(jiǎo)秒(miǎo)(0.0138度(dù))或(huò)更(gèng)高(gāo)

可(kě)以(yǐ)区(qū)分(fēn)并(bìng)抑(yì)制(zhì)旋(xuán)转(zhuǎn)运(yùn)动(dòng)产(chǎn)生(shēng)的(de)振(zhèn)动(dòng)

20 位(wèi)单(dān)圈(quān)分(fēn)辨(biàn)率(lǜ)输(shū)出， 24 位多圈

集成 CortexM0+ MCU – 高度可配置

为广泛的光学编码器提供成本更低的替代方案

自校准 - 只需一个命令

图 3： NCS32100 传感器方案

NCS32100 设计工具

安森美提供了大量设计工具，助力电感检测系统的设计，包括：自校准程序、固件及 PCB 参考设计文件/电气连接与固件的参考指南等。

图 4： NCS32100 测量精度