與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不同，智能機(jī)器人運(yùn)用多種傳感器、人工智能及先進(jìn)算法，能夠與環(huán)境互動(dòng)、檢測(cè)障礙物，并與人類及其他機(jī)器協(xié)同工作。部署自主機(jī)器人有助于提升生產(chǎn)力與效率：它們可承擔(dān)重復(fù)性或耗時(shí)任務(wù)，讓人類工人得以專注于增值活動(dòng)。輕負(fù)載場(chǎng)景下，系統(tǒng)可采用 12 V電池供電;較高電壓(如 48 V)則能降低工作電流，從而減小導(dǎo)線尺寸并節(jié)約成本。目前，智能機(jī)器人主要應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、生產(chǎn)工廠等受控環(huán)境，但其戶外作業(yè)的應(yīng)用趨勢(shì)正不斷擴(kuò)大。

框圖

頂層拓?fù)?/p>

下面的框圖展示了安森美 (onsemi)打造的智能移動(dòng)機(jī)器人方案。 機(jī)器人系統(tǒng)由多個(gè)相互連接的子模塊構(gòu)成， 主要包括電池管理、 運(yùn)動(dòng)控制、 感測(cè)和中央處理器 (CPU) 等子模塊。 這些子模塊方案與具體的應(yīng)用場(chǎng)景緊密相關(guān)：例如，僅在內(nèi)部作業(yè)的機(jī)器人所需的傳感器數(shù)量較少;而搭載機(jī)械臂的機(jī)器人則需要配備更多電機(jī)逆變器。

方案概述

連接(取代 CAN)

AMR 中的 CPU 和所有構(gòu)建塊需要相互通信。 通信手段有許多種。傳統(tǒng)上， 使用的是 CAN、 LIN、 RS-485、 RS232和許多其他方式。 所有這些都可以用 10Base-T1S 取代。

它是 IEEE 在 802.3cg 第 147 條規(guī)范中指定的以太網(wǎng)協(xié)議。 借助 10BASE-T1S， 僅使用一根雙絞線便可將多個(gè)PHY 連接到公共總線。 這減少了所需的交換機(jī)端口數(shù)量，并且無需網(wǎng)關(guān)。 由于 10BASE-T1S 只需要一根非屏蔽雙絞線， 因此布線成本也大大降低。

此外， 10BASE-T1S 的通信速度可達(dá) 10Mbps， 高于迄今為止的許多方案(例如， LIN 最高為 20Kbps， CAN 最高為約 1Mbps) 。

任何節(jié)點(diǎn)都可以向/從任何其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送/接收以太網(wǎng)幀， 類似于傳統(tǒng)的以太網(wǎng) LAN。

在多分支拓?fù)渲羞\(yùn)行時(shí)， 物理層沖突避免 (PLCA) 特性可以避免數(shù)據(jù)包沖突。 節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)各自的ID 輪流(一次一個(gè)) 在總線上進(jìn)行傳輸。 PLCA 周期不是固定的， 取決于待處理的數(shù)據(jù)。

圖 1：多分支與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

以太網(wǎng)控制器 NCN26010

10Mb/s 工業(yè)以太網(wǎng) MAC+PHY IC 控制器

符合 10BASE-T1S – IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)

集成 MAC 和 10BASE-T1S PHY

PLCA 突發(fā)模式 – 如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送比所有其他節(jié)點(diǎn)都多的數(shù)據(jù)， 則允許該節(jié)點(diǎn)在每次 PLCA 傳輸機(jī)會(huì)中發(fā)送更多幀

支持 8 個(gè)以上節(jié)點(diǎn)， UTP 線纜傳輸距離超過 25m

增強(qiáng)抗噪聲能力

全局唯一 MAC 地址

32 引腳 QFN 封裝

圖 2： 10BASE-T1S MACPHY 評(píng)估套件

電感式位置檢測(cè)

位置傳感器會(huì)測(cè)量輪子或其他運(yùn)動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)， 以準(zhǔn)確跟蹤它們?cè)诃h(huán)境中的位置和方向。 這些傳感器可用作 BLDC 控制電子換向的一部分。 電感式編碼器相比傳統(tǒng)的光學(xué)或磁檢測(cè)有許多優(yōu)勢(shì)。

電感式檢測(cè)穩(wěn)健、 輕便、 只需很少的元件， 并且對(duì)振動(dòng)或污染不敏感。

電感式檢測(cè) NCS32100

非接觸式傳感器方案， 由兩片 PCB 組成：一個(gè)帶有兩個(gè)印刷電感器(無焊接元件) 的轉(zhuǎn)子， 以及一個(gè)帶有印刷電感器和編碼器 IC 的定子。

傳統(tǒng)光學(xué)編碼器方案可能需要 100 多個(gè)元件才能正常工作， 與之相比， 安森美 NCS32100 僅需 12 個(gè)元件即可實(shí)現(xiàn)最小功能系統(tǒng)。

計(jì)算位置和速度

絕對(duì)編碼器 - 無需移動(dòng)即可確定位置

6,000 RPM 全精度(最大 45,000 RPM)

對(duì)于 38mm 傳感器，精度為 +/- 50 角秒(0.0138度)或更高

可以區(qū)分并抑制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)

20 位單圈分辨率輸出， 24 位多圈

集成 CortexM0+ MCU – 高度可配置

為廣泛的光學(xué)編碼器提供成本更低的替代方案

自校準(zhǔn) - 只需一個(gè)命令

圖 3： NCS32100 傳感器方案

NCS32100 設(shè)計(jì)工具

安森美提供了大量設(shè)計(jì)工具，助力電感檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括：自校準(zhǔn)程序、固件及 PCB 參考設(shè)計(jì)文件/電氣連接與固件的參考指南等。

圖 4： NCS32100 測(cè)量精度