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安森美一站式移動機器人方案,助力機器人智能化新突破

作者: 時間:2025-09-24 來源:安森美 收藏
與傳統工業機器人不同,智能機器人運用多種傳感器、人工智能及先進算法,能夠與環境互動、檢測障礙物,并與人類及其他機器協同工作。部署自主機器人有助于提升生產力與效率: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約成本。目前,智能機器人主要應用于倉庫、生產工廠等受控環境,但其戶外作業的應用趨勢正不斷擴大。

框圖

頂層拓撲

下面的框圖展示了 (onsemi)打造的智能方案。 機器人系統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,僅在內部作業的機器人所需的傳感器數量較少;而搭載機械臂的機器人則需要配備更多電機逆變器。


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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 條規范中指定的以太網協議。 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量,并且無需網關。 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) 。

  • 任何節點都可以向/從任何其他節點發送/接收以太網幀, 類似于傳統的以太網 LAN。

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


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圖 1:多分支與點對點網絡拓撲

以太網控制器 NCN2601010Mb/s 工業以太網 MAC+PHY IC 控制器

  • 符合 10BASE-T1S – IEEE 802.3cg 標準

  • 集成 MAC 和 10BASE-T1S PHY

  • PLCA 突發模式 – 如果某個節點需要發送比所有其他節點都多的數據, 則允許該節點在每次 PLCA 傳輸機會中發送更多幀

  • 支持 8 個以上節點, 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


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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的光學或磁檢測有許多優勢。

電感式檢測穩健、 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, NCS32100 僅需 12 個元件即可實現最小功能系統。

  • 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 

  • 可以區分并抑制旋轉運動產生的振動

  • 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


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圖 3: NCS32100 傳感器方案

NCS32100 設計工具提供了大量設計工具,助力電感檢測系統的設計,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。


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圖 4: NCS32100 測量精度


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