ררובוט נייד אוטונומי

פתרונות חישה

הרובוט האוטונומי צריך לראות לאן הוא הולך: לכן הוא זקוק לחיישן תמונה ומודול מצלמה. ההדגמה שלנו משתמשת במודול מצלמה USB של E-con‏. הוא משתמש בחיישן תמונה מסוג תריס גלובלי שהוא אידיאלי עבור רובוטים אוטונומיים. חיישני תריס גלובלי מאחסנים את נתוני הפיקסלים בכל תמונה בו-זמנית. חיישנים מסוג זה אינם סובלים מארטיפקטי תנועה הנראים בחיישני תריס גלילה, ולכן הם אידיאליים עבור שימוש בעת תנועה ברצפות מפעל או מחסן. לחיישני תריס גלילה יש תחום דינמי גבוה יותר לעומת חיישני תריס גלובלי, ולכן הם יכולים לעבוד טוב יותר במקומות בהם ישנם הבדלים קיצוניים בתנאי התאורה. עם זאת, עבור רובוטים אוטונומיים העובדים במפעלים, תנאי התאורה מתאימים כדי לאפשר שימוש בחיישני תריס גלובלי. חיישן התמונה AR0234CS‏ תומך בתמונות באיכות Full HD בקצב של שישים פריימים בשנייה.

רובוטים אוטונומיים עם זרועות ניידות משתמשים במנועי סרוו כדי לבקר את מיקום הזרועות והתופסנים. זה דורש משוב מיקום מדויק. יתר על כן, אם הרובוט האוטונומי כבה ולאחר מכן מופעל שוב, חשוב לדעת את המיקום המדויק של הזרוע. חיישן מיקום אבסולוטי יכול לקבוע את מיקום הזרוע בכל עת. חיישנים אופטיים יכולים לעשות זאת אך הם זקוקים לרכיבים חיצוניים רבים והם רגישים לשינויים בטמפרטורה. Onsemi‏ היא ספקית מבוססת של חיישני מיקום מותאמים-במיוחד בעלי אמינות גבוהה עבור שוק הרכב. על בסיס ניסיון זה, פיתחנו פתרון חיישן מיקום אינדוקטיבי כפול המשתמש בבקר חיישן NCS32100‏. נפרט יותר על מוצר זה בהמשך מצגת זו.

פתרונות הספקת-כוח

בואו נבחן כעת את ספק-הכוח של הרובוט האוטונומי. אין ספק שהוא מוזן על ידי סוללה, אבל צריך לטעון את הסוללה בשלב מסוים. לרובוט האוטונומי יש את האינטליגנציה לנסוע לנקודת הטעינה. זרוע רובוטית חיצונית מחברת את כבל החשמל לרובוט האוטונומי כדי לטעון את הרובוט.

מטען הסוללות עם כניסת מתח רשת AC‏ W‏ 600‏ עבור הרובוט האוטונומי מורכב משלושה חלקים: דרגת PFC, ממיר LLC מבודד וממיר Buck‏. דרגת ה-PFC היא דרגת PFC כפולה משולבת המשתמשת בבקר PFC‏ NCP1632‏. היא מבטיחה שההספק מקו ה-AC יהיה בעל מקדם הספק טוב ועיוותים הרמוניים כוללים נמוכים. דרגת ה-LLC ממירה את יציאת דרגת ה-PFC, שהיא בערך VDC‏ 400‏, למתח יציאה של 48V DC באמצעות טופולוגיית LLC עם טופולוגיית חצי-גשר עם סעף-מרכזי. ה-NCP1399 משמש בתכן הנוכחי, כאשר ה-NCP13994‏ המתקדם יותר מומלץ עבור תכנים חדשים יותר. היציאה מיושרת באופן סינכרוני באמצעות שני טרנזיסטורי MOSFET במתח בינוני FDMS86202ET‏ המבוקרים על ידי שני בקרי יישור סינכרוני NCP4305D‏.

פרופילי טעינת סוללות כוללים אופני טעינה בזרם קבוע היוצרים מגוון רחב של מתחי פעולה. לדרגות ה-LLC יש תחום פעולה צר עבור יחס המרת המתח שלהם, או ההגבר, ולכן הם אינם פועלים היטב באופן זרם קבוע. במטען הרובוט האוטונומי יש דרגת Buck שלישית המשתמשת ב-FAN65008‏ היכול לפעול עם מגוון רחב ביותר של יחסי המרת מתח, כך שהוא יכול לספק בקלות את פרופילי הזרם והמתח הנדרשים עבור טעינת הסוללה.

פתרונות תאורה

פתרון הרובוט האוטונומי שלנו מצויד בנורות LED כדי להציג את נוכחותו לאנשים ולרובוטים אחרים. נורות LED נוספות משמשות עבור איתות. Onsemi‏ היא ספקית מבוססת של פתרונות אורות קדמיים, אורות אחוריים, אורות נסיעה ביום ואורות איתות עבור שוק הרכב והרכבים התעשייתיים. בחרנו שני מוצרים מתוך הפורטפוליו הרחב הזה לשימוש ברובוט האוטונומי שלנו.

פתרון אור LED אחורי לרכב NCV7685‏ הוא פתרון של דוחף + MOSFET משולב שהוא פשוט לשימוש. ישנם 12 ערוצי mA‏ 60‏ מקבילים המבוקרים על ידי PWM דרך ממשק I2C. אם המתכנן רוצה להפעיל את דוחף ה-LED ללא מיקרו-בקר חיצוני, הוא יכול לתכנת מראש רגיסטרים OTP ספציפיים כדי להגדיר את יחס המחזור. לדוחף ה-LED יש דיאגנוסטיקת תקלות שניתן לקרוא חזרה על ידי המיקרו-בקר כדי לגלות שגיאות ספציפיות כגון תנאי קצר חשמלי בפין המגדיר את הזרם, שגיאה בתקשורת I2C, אזהרה תרמית, כיבוי תרמי ותנאי עומס פתוח. מידע זה יכול לשמש את המיקרו-בקר כדי לתמוך בפעולות מתקנות נחוצות, כגון תקשור השגיאה לבקר מארח מרכזי אשר מנטר את הרובוטים האוטונומיים המקומיים.

פתרונות תקשורת

באופן מסורתי, ספקי רובוטיקה בחרו בפרוטוקול CAN לרכב עבור תקשורת קווית בין צמתים שונים בתוך הרובוט, כולל BLDC, תאורה, מעבד ומספר חיישנים. טכנולוגיית CAN קיימת כבר עשרות שנים באמצעות חיווט זוג מפותל לא-מסוכך (UTP) קל-משקל וזול בטופולוגיית מספר-נקודות או Daisy Chain‏, המאפשרת תקשורת Mbps‏ 2‏ עד Mbps‏ 5‏ בין צמתים. בינתיים, ככל שרובוטים מקבלים יותר אוטונומיה, או עובדים בהרמוניה קרובה יותר עם בני אדם, יש צורך לשפר את האינטליגנציה הרובוטית. האינטליגנציה הרובוטית משופרת על ידי הוספת עיבוד וחיישנים נוספים לרובוט, כולל LiDAR‏, חיישני תמונה, חיישני אולטרסאונד, ראדאר ומיקום אינדוקטיבי. חיישני תמונה ו-LiDAR‏ דוחפים יותר קישורי תקשורת נקודה-לנקודה (p2p‏) לצומת המעבד, ודורשים קצבי נתונים מהירים יותר כמו Gigabit Ethernet‏. חיסרון אחד עם CAN הוא שצריך שער בין ה-Ethernet ל-CAN, מכיוון שהפרוטוקולים שונים.

בשנת 2019 אישררה ברית ה-Ethernet את תקן IEEE802.3cg עבור 10BASE-T1S, כתחליף ל-"CAN‏ All-Ethernet‏". כעת, עם 10BASE-T1S, ניתן לתקשר פי 2 עד פי 3 מהר יותר מ-CAN על אותם שני חוטים (SPE: Single Pair Ethernet) ולחסוך בעלות ומשקל נוספים של השער באמצעות בקרי NCN26010 או NCN26000‏ של onsemi.