與傳統(tǒng)工業(yè)機器人不同，智能機器人運用多種傳感器、人工智能及先進算法，能夠與環(huán)境互動、檢測障礙物，并與人類及其他機器協(xié)同工作。部署自主機器人有助于提升生產(chǎn)力與效率：它們可承擔重復性或耗時任務，讓人類工人得以專注于增值活動。輕負載場景下，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，從而減小導線尺寸并節(jié)約成本。目前，智能機器人主要應用于倉庫、生產(chǎn)工廠等受控環(huán)境，但其戶外作業(yè)的應用趨勢正不斷擴大。

框圖

頂層拓撲

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

方案概述

連接(取代 CAN)

AMR 中的 CPU 和所有構建塊需要相互通信。 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PHY 連接到公共總線。 這減少了所需的交換機端口數(shù)量，并且無需網(wǎng)關。 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 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)點都可以向/從任何其他節(jié)點發(fā)送/接收以太網(wǎng)幀， 類似于傳統(tǒng)的以太網(wǎng) LAN。

在多分支拓撲中運行時， 物理層沖突避免 (PLCA) 特性可以避免數(shù)據(jù)包沖突。 節(jié)點會根據(jù)各自的ID 輪流(一次一個) 在總線上進行傳輸。 PLCA 周期不是固定的， 取決于待處理的數(shù)據(jù)。

圖 1：多分支與點對點網(wǎng)絡拓撲

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 標準

集成 MAC 和 10BASE-T1S PHY

PLCA 突發(fā)模式 – 如果某個節(jié)點需要發(fā)送比所有其他節(jié)點都多的數(shù)據(jù)， 則允許該節(jié)點在每次 PLCA 傳輸機會中發(fā)送更多幀

支持 8 個以上節(jié)點， UTP 線纜傳輸距離超過 25m

增強抗噪聲能力

全局唯一 MAC 地址

32 引腳 QFN 封裝

圖 2： 10BASE-T1S MACPHY 評估套件

電感式位置檢測

位置傳感器會測量輪子或其他運動部件的旋轉， 以準確跟蹤它們在環(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)的光學或磁檢測有許多優(yōu)勢。

電感式檢測穩(wěn)健、 輕便、 只需很少的元件， 并且對振動或污染不敏感。

電感式檢測 NCS32100

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

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

計算位置和速度

絕對編碼器 - 無需移動即可確定位置

6,000 RPM 全精度(最大 45,000 RPM)

對于 38mm 傳感器，精度為 +/- 50 角秒(0.0138度)或更高

可以區(qū)分并抑制旋轉運動產(chǎn)生的振動

20 位單圈分辨率輸出， 24 位多圈

集成 CortexM0+ MCU – 高度可配置

為廣泛的光學編碼器提供成本更低的替代方案

自校準 - 只需一個命令

圖 3： NCS32100 傳感器方案

NCS32100 設計工具

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

圖 4： NCS32100 測量精度