【導讀】自主移動(dòng)機器人（AMR）是一種復雜的系統，與自動(dòng)駕駛汽車(chē)有許多共同之處--它們需要感知、電機驅動(dòng)、電源轉換、照明和電池管理。也許最大的挑戰是將這些子系統整合到一個(gè)最終產(chǎn)品中--由于需要集成來(lái)自不同供應商的不同子系統，這一挑戰變得更加困難。
自主移動(dòng)機器人（AMR）是一種復雜的系統，與自動(dòng)駕駛汽車(chē)有許多共同之處--它們需要感知、電機驅動(dòng)、電源轉換、照明和電池管理。也許最大的挑戰是將這些子系統整合到一個(gè)最終產(chǎn)品中--由于需要集成來(lái)自不同供應商的不同子系統，這一挑戰變得更加困難。
本文將探討AMR的復雜世界，并考慮選擇由一家解決方案提供商來(lái)負責AMR所有關(guān)鍵方面的設計——其優(yōu)勢包括降低設計/集成風(fēng)險和縮短上市時(shí)間。
自動(dòng)導引車(chē)（AGV）主要在室內運行，并按照預先確定的路線(xiàn)行駛（通常使用地面上的線(xiàn)條作為引導），自主移動(dòng)機器人（AMR）則要復雜得多，能夠在室內和室外自由導航，而不必遵循預定義的路線(xiàn)。在這方面，它們類(lèi)似于自動(dòng)駕駛車(chē)輛，因為它們必須識別并避開(kāi)路徑上的障礙物，無(wú)論障礙物是靜止的還是移動(dòng)的。
幾乎所有AMR的核心都是五個(gè)主要子系統，分別管理電源、運動(dòng)、感知、處理和照明。每個(gè)子系統本身都很復雜，設計起來(lái)往往具有挑戰性，同時(shí)也是AMR成功運行的基礎。然而，集成往往是最大的挑戰--尤其是從不同供應商處采購子系統或主要部件時(shí)。
圖1 - 典型AMR的關(guān)鍵子系統
要使AMR正常運行，子系統之間的信息流和功率流至關(guān)重要，這意味著(zhù)要有一個(gè)通用的接口和經(jīng)過(guò)測試可協(xié)同工作的部件，以消除兼容性問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，從一個(gè)解決方案供應商處采購關(guān)鍵系統元件有助于降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險，縮短上市時(shí)間，并在競爭激烈的市場(chǎng)中保持領(lǐng)先地位。
構建系統集成的AMR
感知對于在自由空間中導航的自主移動(dòng)機器人（AMR）至關(guān)重要，尤其是在沒(méi)有軌道或其他導航輔助設備可用的情況下。AMR必須能夠找到安全的路線(xiàn)，并處理路徑上的靜態(tài)和移動(dòng)障礙物。為了克服天氣或照明條件的限制，并適應不同的距離，會(huì )使用包括圖像傳感器、超聲波和激光雷達（LiDAR）在內的多種技術(shù)。來(lái)自多個(gè)傳感器的數據會(huì )被整合，以便更好地了解周?chē)h(huán)境。這種技術(shù)被稱(chēng)為傳感器融合，它提供了更好的可靠性、冗余性和安全性。
安森美（onsemi）一直是智能感知技術(shù)的領(lǐng)導者。安森美提供從VGA到4500萬(wàn)像素的各種卷簾曝光和全局曝光圖像傳感器。這些傳感器在動(dòng)態(tài)范圍方面具有業(yè)界先進(jìn)的性能，并具備如運動(dòng)喚醒和自動(dòng)曝光控制等創(chuàng )新特性。除圖像傳感器之外，安森美還提供用于測距（LiDAR）的硅光電倍增管（SiPM）、超聲波傳感器、電感式傳感器以及支持到達角（AoA）和出發(fā)角（AoD）的Bluetooth? 低功耗（BLE）技術(shù)微控制器，這些可以用于定位。
運動(dòng)控制在 AMR中非常重要。通常使用無(wú)刷直流（BLDC）電機，需要復雜的算法進(jìn)行精確控制。無(wú)刷直流電機驅動(dòng)級需要許多元器件來(lái)正確控制。NCD83591三相柵極驅動(dòng)器通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)來(lái)控制換相，非常適合用于電機控制子系統。
圖2 - 驅動(dòng)BLDC電機需要多個(gè)元器件協(xié)同工作
MOSFET用作開(kāi)關(guān)為電機繞組供電。安森美提供了一系列中壓(MV) MOSFET 產(chǎn)品組合，包括最新的PowerTrench? T10 MOSFET，是電機應用的理想之選。MOSFET還可用于A(yíng)MR內的一般功率應用。
圖3 - PowerTrench?T10 MOSFET 的優(yōu)勢
與硅MOSFET相比，碳化硅(SiC) MOSFET 具有更高的熱導率和十倍的擊穿電場(chǎng)強度。這使得碳化硅元件能夠在相同材料厚度下承受更高的電壓。當 AMR（例如自動(dòng)叉車(chē)）變得越來(lái)越大時(shí)，電池電壓也會(huì )隨之升高，而基于SiC的系統則可提供更好的性能和更高的效率。
SiC MOSFET 的另一個(gè)優(yōu)勢是能夠在更高溫度下工作，從而簡(jiǎn)化了散熱器設計。更高的工作頻率可減小磁性元件的尺寸（和成本），從而縮小子系統的尺寸，有助于擴大AMR的工作范圍。
電力輸送不僅對電機控制至關(guān)重要。系統還需要一個(gè)外部充電器，該充電器需要盡可能快且高效地為電池充電。AMR中的DC-DC電源樹(shù)使用開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）和線(xiàn)性穩壓器（LDO）來(lái)供應邏輯和低壓電平。效率固然重要，但在整個(gè)電源架構中部署適當的保護措施也同樣重要。安森美提供了一系列適用于A(yíng)MR應用的電子保險絲（eFuse）和SmartFET解決方案。
通信對AMR至關(guān)重要，既包括AMR本身內部的通信，也包括與配套設施的外部通信，還可能包括與其他AMR的通信。為 AMR選擇通信技術(shù)時(shí)需要考慮的參數包括其工作范圍、數據傳輸速率、功耗和安全性。在內部通信方面，長(cháng)期以來(lái)使用了許多協(xié)議，包括CAN、LIN、RS-485和RS232。以太網(wǎng) 10BASE-T1S（如安森美的NCN26010）集簡(jiǎn)便性和高性能于一身，因此越來(lái)越受歡迎。它提供通過(guò)單根非屏蔽雙絞線(xiàn)收發(fā)數據所需的所有物理層功能。與主控 MCU的通信通過(guò)OPEN聯(lián)盟MAC-PHY串行外設接口(SPI)協(xié)議進(jìn)行。
無(wú)論是發(fā)送路由或配置信息以及報告位置和進(jìn)度，還是用于實(shí)時(shí)定位服務(wù)(RTLS)，外部通信對于A(yíng)MR來(lái)說(shuō)也是必不可少的。安森美基于BluetoothLE 5.2 無(wú)線(xiàn)MCU的RSL15超低功耗Arm?Cortex?-M33 處理器是利用到達角(AoA)和出發(fā)角(AoD)功能實(shí)現實(shí)時(shí)定位系統(RTLS)的理想選擇，它還可用于連接智能設備。RSL15內置電源管理、寬電源電壓范圍、靈活的GPIO和時(shí)鐘電路以及豐富的外設，為AMR設計人員提供了最大的設計靈活性。
照明子系統用于向周?chē)娜藛T和其他AMR傳達AMR的狀態(tài)、狀況和意圖。選擇AMR照明技術(shù)時(shí)需要考慮的性能特性和參數包括亮度、色溫和功耗。LED控制器和驅動(dòng)器監控流經(jīng)LED的電流，并使LED發(fā)出特定強度和波長(cháng)的光。LED驅動(dòng)電路使用高壓側和低壓側功率MOSFET來(lái)導通和關(guān)斷LED電流，同時(shí)防止過(guò)壓和過(guò)流情況，并確保LED驅動(dòng)電路的穩定性。
對AMR解決方案的支持
選擇一家解決方案提供商可能是一個(gè)有風(fēng)險的決定，但他們擁有一套全面的產(chǎn)品解決方案。同樣重要的是在整個(gè)設計過(guò)程中提供的支持，以及在需要的時(shí)間和地點(diǎn)提供產(chǎn)品的能力。
作為一家擁有豐富行業(yè)經(jīng)驗的老牌供應商，安森美能夠提供系統級應用支持。我們的全球銷(xiāo)售和技術(shù)團隊網(wǎng)絡(luò )可以不受地區、時(shí)區和語(yǔ)言的限制，提供一線(xiàn)支持。
除了現場(chǎng)支持，用戶(hù)還可以訪(fǎng)問(wèn)我們的在線(xiàn)技術(shù)支持中心。安森美社區論壇是一個(gè)在線(xiàn)開(kāi)發(fā)者社區，在這里，安森美產(chǎn)品的資深用戶(hù)可以分享他們關(guān)于產(chǎn)品和應用的豐富知識。用戶(hù)可以通過(guò)一些特定主題的產(chǎn)品論壇區域訪(fǎng)問(wèn)該論壇，與業(yè)內同行互動(dòng)，提出或回答問(wèn)題。幫助庫也是了解常見(jiàn)問(wèn)題 (FAQ)和答案的好地方。對于喜歡更多互動(dòng)的用戶(hù)，由AI驅動(dòng)的聊天機器人可以在幾秒鐘內為您提供答案。
安森美提供了一系列廣泛的免費自助服務(wù)工具，包括交互式框圖、Product Recommendation Tools+TM產(chǎn)品推薦工具和大量評估板/套件，以促進(jìn)快速原型開(kāi)發(fā)。電力電子設計人員會(huì )發(fā)現這些仿真工具非常有用。Elite Power Simulator仿真工具和自助式 PLECS模型生成工具不僅可以通過(guò)對實(shí)際元器件性能建模以提高準確性，還能加快產(chǎn)品上市時(shí)間。
當然，上述一切只有在產(chǎn)品設計完成并投入生產(chǎn)后才有價(jià)值。安森美具備內外部雙重制造能力，這增加了供應鏈的韌性并提升了供應保障。
AMR是一種高效、可靠的運送包裹和執行其他物流任務(wù)的方式，因此越來(lái)越受歡迎。然而，完全自主行駛需要高度的復雜性和安全性，這一點(diǎn)與汽車(chē)并無(wú)二致。
也許最大的設計挑戰不在于A(yíng)MR中的各種子系統，而在于這些子系統的集成，特別是如果這些子系統來(lái)自不同的供應商，其兼容性很可能是一個(gè)挑戰。
作為一家解決方案供應商，安森美的獨特之處在于可以為AMR的設計提供一整套極其先進(jìn)的產(chǎn)品，以及完善的支持生態(tài)系統，包括支持人員、工具、文檔、在線(xiàn)論壇等，并以垂直整合的彈性制造能力為后盾。
文章來(lái)源：安森美
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