5個(gè)問題，洞悉自主移動(dòng)機(jī)器人未來發(fā)展方向

隨著科技的日新月異，人類與機(jī)器人的互動(dòng)將愈發(fā)頻繁。從早晨在本地咖啡店里，協(xié)作機(jī)器人(cobot)為顧客精心沖泡咖啡，到在倉庫中，自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)自由穿梭各處揀選包裹。協(xié)作機(jī)器人可以在我們?nèi)粘Ｉ钪械暮芏喾矫姘l(fā)揮作用。

安森美(onsemi)開發(fā)了一款自主移動(dòng)機(jī)器人演示，該演示由多個(gè)子系統(tǒng)方案構(gòu)成，是一個(gè)使用安森美創(chuàng)新產(chǎn)品打造的完整的機(jī)器人設(shè)計(jì)。這個(gè)概念設(shè)計(jì)結(jié)合了安森美的各種不同感知和智能電源方案，可用于設(shè)計(jì)各種類型的機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、電動(dòng)工具和自動(dòng)引導(dǎo)車。本文將從以下五個(gè)問題，幫助您更深入地了解自主移動(dòng)機(jī)器人的未來發(fā)展方向。
01安森美所研發(fā)的自主移動(dòng)機(jī)器人，由安森美的多種子系統(tǒng)方案構(gòu)成。請(qǐng)簡要介紹一下這些子系統(tǒng)。我們基于我們的產(chǎn)品制作了評(píng)估板 (EVB) 和開發(fā)平臺(tái)。這些平臺(tái)用于各種AMR子系統(tǒng)中，包括運(yùn)動(dòng)、傳感器、電源、照明和通信。這些子系統(tǒng)與控制單元相結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)自主移動(dòng)的基礎(chǔ)，它可以在其環(huán)境中導(dǎo)航并在需要時(shí)使用防碰撞功能安全地重新規(guī)劃路徑，以繞過障礙物。為了能夠升級(jí)和使用我們最新的EVB并納入一些客戶產(chǎn)品（例如攝像頭），該AMR使用DIN導(dǎo)軌來安裝EVB，并使用球頭安裝座1/4-20來安裝傳感器。每個(gè)子系統(tǒng)都包含了以下一些重要的安森美產(chǎn)品：照明照明子系統(tǒng)用于向周圍的人傳達(dá)AMR的狀態(tài)、狀況和意圖。在智能零售庫存應(yīng)用中，照明還可以用于在昏暗的商店中照亮產(chǎn)品。照明子系統(tǒng)中使用了NCV7685線性電流驅(qū)動(dòng)器和NCL31000智能LED驅(qū)動(dòng)器，其中后者具備可見光通信和室內(nèi)定位EVB功能。

運(yùn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)中使用了安森美三相柵極驅(qū)動(dòng)器NCD83591、電源穩(wěn)壓器 NCP730和用于BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最新Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM方案。傳感器傳感器子系統(tǒng)中使用了圖像傳感器AR0234和AR1335以及NCS32100角度電感式位置傳感器和超聲波傳感器NCV75215。電源電源子系統(tǒng)中使用了FAN65008B，該器件是一款集成功率MOSFET的PWM降壓穩(wěn)壓器，可通過48V電池生成AMR所需的功率水平。FAN65008B包含一系列保護(hù)電路，包括OCP、TSD、OVP、UVP和SCP。電源子系統(tǒng)還包括電池監(jiān)控、基于無橋圖騰柱 NCP1681的超緊湊充電方案和電子保險(xiǎn)絲NIS3071以及電流監(jiān)控。

通信

通信子系統(tǒng)中使用了NCN26010，該器件是一款符合IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)的多分支以太網(wǎng)10Base-T1S收發(fā)器，其中包括MAC、PLCA和協(xié)調(diào)子層 (RS)。10Base-T1S是AMR連接所有子系統(tǒng)的骨干。最后，控制單元使用了NVIDIA Jetson。這提供了一個(gè)很好的集成示例，說明了如何在機(jī)器人操作系統(tǒng) (ROS) 中以Docker容器形式實(shí)現(xiàn)各種安森美子系統(tǒng)。

圖1：用于自主移動(dòng)機(jī)器人的安森美子系統(tǒng)

02該自主移動(dòng)機(jī)器人中添加了哪些安森美產(chǎn)品，它們的功能是什么？如前所述，我們使用了DIN導(dǎo)軌來構(gòu)建安森美AMR，以便能夠添加新的產(chǎn)品與功能。此外，安全性始終是我們關(guān)注的重點(diǎn)，我們將通過使用安森美的新型電子保險(xiǎn)絲產(chǎn)品e-Fuse NIS3071來擴(kuò)展電源子系統(tǒng)。
03設(shè)計(jì)人員在打造機(jī)器人時(shí)面臨哪些挑戰(zhàn)？安森美的子系統(tǒng)方案如何通過更簡單的集成來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)？這是其中一個(gè)最重要的問題。例如，我們會(huì)與一些公司合作，將安森美圖像傳感器和 LiDAR 技術(shù)集成到他們的攝像頭系統(tǒng)中，從而將圖像感知和深度感知融合到一個(gè)系統(tǒng)中。我們會(huì)思考如何更好地為他們提供支持，了解并識(shí)別還沒有集成到我們產(chǎn)品之中、未來可能導(dǎo)入我們產(chǎn)品的算法或功能。對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)人員來說也是如此。通過構(gòu)建安森美AMR，我們得以深入探索 ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）環(huán)境在Nvidia Jetson上的運(yùn)行方式及其對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的需求。此外，我們還得以研究Nvidia Omniverse和Isaac Sim（機(jī)器人仿真與合成數(shù)據(jù)平臺(tái)）。仿真環(huán)境在打造安全的AMR設(shè)計(jì)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。仿真環(huán)境用于訓(xùn)練移動(dòng)機(jī)器人處理合成數(shù)據(jù)，安全導(dǎo)航以繞過障礙物。這些仿真環(huán)境用于尋找最節(jié)能的路徑，延長電池充電周期，或者利用機(jī)會(huì)進(jìn)行充電，從而突顯安森美的高能效電源和智能感知用于AMR子系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)。04機(jī)器人市場(chǎng)正在迅速發(fā)展，在未來五年內(nèi)機(jī)器人技術(shù)會(huì)有哪些發(fā)展？會(huì)取得哪些進(jìn)步？那時(shí)，AMR已經(jīng)不需要訓(xùn)練輪，甚至更好的是，由于它們安全且高效，因此對(duì)AMR來說已經(jīng)不存在物理障礙了，AMR可以在人群中自由移動(dòng)。環(huán)境仍然是受控的，比如照明受控且地面平整的倉庫和/或辦公室環(huán)境。AMR將能夠適應(yīng)任何環(huán)境，就像人一樣。此外，真正的部署靈活性是一個(gè)關(guān)鍵特性。這需要一個(gè)接口來指導(dǎo)或訓(xùn)練機(jī)器人做事情，而不需要編程。NLP（自然語言處理）、智能高效的硬件傳感器以及電源和控制方面的進(jìn)步將被整合到AMR中，以執(zhí)行一般任務(wù)。機(jī)器人可以一會(huì)兒操作數(shù)控機(jī)床，一會(huì)兒包裝產(chǎn)品。或在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，AMR可以一會(huì)兒除草，一會(huì)兒采摘成熟的蔬菜，然后將其包裝好以便裝運(yùn)。05在設(shè)計(jì)過程中，有沒有發(fā)生什么有趣的故事？在打造安森美AMR的過程中發(fā)生了很多事情，其中有一次，我們偶然把萬向輪裝錯(cuò)了，結(jié)果導(dǎo)致移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的駕駛行為非常滑稽，而在仿真環(huán)境中，車輪的安裝位置是正確的，行為也很正常。還有一次，我們將電機(jī)繞組連接線暴露在外，并與鋁材接觸，導(dǎo)致產(chǎn)生了反電動(dòng)勢(shì)（受影響的車輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)），一名工程師拆下了車輪軸承，但仍不明白車輪為何無法轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)問題后來成為了新工程師加入團(tuán)隊(duì)時(shí)學(xué)習(xí)EMF的一個(gè)有趣案例。在安森美，許多不同的工程師都參與了子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。大家都很高興能將這些系統(tǒng)集成到一個(gè)自主移動(dòng)機(jī)器人中。

圖2：安森美自主移動(dòng)機(jī)器人

隨著機(jī)器人技術(shù)在我們的日常生活中變得更加高效和可靠，安森美將繼續(xù)開發(fā)可以集成到AMR的技術(shù)。運(yùn)動(dòng)、傳感器、電源、照明和通信子系統(tǒng)是自主移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)建模塊。