5個(gè)問(wèn)題，洞悉自主移動(dòng)機器人未來(lái)發(fā)展方向

隨著(zhù)科技的日新月異，人類(lèi)與機器人的互動(dòng)將愈發(fā)頻繁。從早晨在本地咖啡店里，協(xié)作機器人 (cobot) 為顧客精心沖泡咖啡，到在倉庫中，自主移動(dòng)機器人 (AMR) 自由穿梭各處揀選包裹。協(xié)作機器人可以在我們日常生活中的很多方面發(fā)揮作用。

安森美 (onsemi) 開(kāi)發(fā)了一款自主移動(dòng)機器人演示，該演示由多個(gè)子系統方案構成，是一個(gè)使用安森美創(chuàng )新產(chǎn)品打造的完整的機器人設計。這個(gè)概念設計結合了安森美的各種不同感知和智能電源方案，可用于設計各種類(lèi)型的機器人、協(xié)作機器人、電動(dòng)工具和自動(dòng)引導車(chē)。本文將從以下五個(gè)問(wèn)題，幫助您更深入地了解自主移動(dòng)機器人的未來(lái)發(fā)展方向。

01 安森美所研發(fā)的自主移動(dòng)機器人，由安森美的多種子系統方案構成。請簡(jiǎn)要介紹一下這些子系統。

我們基于我們的產(chǎn)品制作了評估板 (EVB) 和開(kāi)發(fā)平臺。這些平臺用于各種AMR子系統中，包括運動(dòng)、傳感器、電源、照明和通信。這些子系統與控制單元相結合，構成了一個(gè)自主移動(dòng)的基礎，它可以在其環(huán)境中導航并在需要時(shí)使用防碰撞功能安全地重新規劃路徑，以繞過(guò)障礙物。為了能夠升級和使用我們最新的EVB并納入一些客戶(hù)產(chǎn)品（例如攝像頭），該AMR使用DIN導軌來(lái)安裝EVB，并使用球頭安裝座1/4-20來(lái)安裝傳感器。每個(gè)子系統都包含了以下一些重要的安森美產(chǎn)品：

照明

照明子系統用于向周?chē)娜藗鬟_AMR的狀態(tài)、狀況和意圖。在智能零售庫存應用中，照明還可以用于在昏暗的商店中照亮產(chǎn)品。照明子系統中使用了NCV7685線(xiàn)性電流驅動(dòng)器和NCL31000智能LED驅動(dòng)器，其中后者具備可見(jiàn)光通信和室內定位EVB功能。

運動(dòng)

運動(dòng)子系統中使用了安森美三相柵極驅動(dòng)器NCD83591、電源穩壓器 NCP730和用于BLDC電機驅動(dòng)的最新Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM方案。

傳感器

傳感器子系統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

電源子系統中使用了FAN65008B，該器件是一款集成功率MOSFET的PWM降壓穩壓器，可通過(guò)48V電池生成AMR所需的功率水平。FAN65008B包含一系列保護電路，包括OCP、TSD、OVP、UVP和SCP。電源子系統還包括電池監控、基于無(wú)橋圖騰柱 NCP1681的超緊湊充電方案和電子保險絲NIS3071以及電流監控。

通信

通信子系統中使用了NCN26010，該器件是一款符合IEEE 802.3cg標準的多分支以太網(wǎng)10Base-T1S收發(fā)器，其中包括MAC、PLCA和協(xié)調子層 (RS)。10Base-T1S是AMR連接所有子系統的骨干。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(shuō)明了如何在機器人操作系統 (ROS) 中以Docker容器形式實(shí)現各種安森美子系統。

圖1：用于自主移動(dòng)機器人的安森美子系統

02 該自主移動(dòng)機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導軌來(lái)構建安森美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(guò)使用安森美的新型電子保險絲產(chǎn)品e-Fuse NIS3071來(lái)擴展電源子系統。

03 設計人員在打造機器人時(shí)面臨哪些挑戰？安森美的子系統方案如何通過(guò)更簡(jiǎn)單的集成來(lái)應對這些挑戰？

這是其中一個(gè)最重要的問(wèn)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中，從而將圖像感知和深度感知融合到一個(gè)系統中。我們會(huì )思考如何更好地為他們提供支持，了解并識別還沒(méi)有集成到我們產(chǎn)品之中、未來(lái)可能導入我們產(chǎn)品的算法或功能。

對機器人設計人員來(lái)說(shuō)也是如此。通過(guò)構建安森美AMR，我們得以深入探索 ROS（機器人操作系統）環(huán)境在Nvidia Jetson上的運行方式及其對驅動(dòng)程序的需求。此外，我們還得以研究Nvidia Omniverse?和Isaac Sim?（機器人仿真與合成數據平臺）。仿真環(huán)境在打造安全的AMR設計中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。仿真環(huán)境用于訓練移動(dòng)機器人處理合成數據，安全導航以繞過(guò)障礙物。這些仿真環(huán)境用于尋找最節能的路徑，延長(cháng)電池充電周期，或者利用機會(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A(yíng)MR子系統中的優(yōu)勢。

04 機器人市場(chǎng)正在迅速發(fā)展，在未來(lái)五年內機器人技術(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)不需要訓練輪，甚至更好的是，由于它們安全且高效，因此對AMR來(lái)說(shuō)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(lái)指導或訓練機器人做事情，而不需要編程。NLP（自然語(yǔ)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，以執行一般任務(wù)。機器人可以一會(huì )兒操作數控機床，一會(huì )兒包裝產(chǎn)品?；蛟谵r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。

05 在設計過(guò)程中，有沒(méi)有發(fā)生什么有趣的故事？

在打造安森美AMR的過(guò)程中發(fā)生了很多事情，其中有一次，我們偶然把萬(wàn)向輪裝錯了，結果導致移動(dòng)機器人在實(shí)際應用中的駕駛行為非?；?，而在仿真環(huán)境中，車(chē)輪的安裝位置是正確的，行為也很正常。還有一次，我們將電機繞組連接線(xiàn)暴露在外，并與鋁材接觸，導致產(chǎn)生了反電動(dòng)勢（受影響的車(chē)輪無(wú)法轉動(dòng)），一名工程師拆下了車(chē)輪軸承，但仍不明白車(chē)輪為何無(wú)法轉動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題后來(lái)成為了新工程師加入團隊時(shí)學(xué)習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的設計工作。大家都很高興能將這些系統集成到一個(gè)自主移動(dòng)機器人中。

圖2：安森美自主移動(dòng)機器人

隨著(zhù)機器人技術(shù)在我們的日常生活中變得更加高效和可靠，安森美將繼續開(kāi)發(fā)可以集成到AMR的技術(shù)。運動(dòng)、傳感器、電源、照明和通信子系統是自主移動(dòng)機器人的構建模塊。