解析AMR設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素：傳感器、可見光通信驅(qū)動(dòng)器、電源方案等

自主移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)涉及各種重要器件，例如電機(jī)控制、傳感器、電源、照明和通信器件等。上一篇推文“AMR電機(jī)控制方案超強(qiáng)整理”中，我們介紹了電機(jī)控制方案，本文將繼續(xù)介紹傳感器方案、可見光通信驅(qū)動(dòng)器、電源方案等。

傳感器方案

傳感器技術(shù)還在不斷進(jìn)步，目前的新進(jìn)展使 AMR 能夠以更高的準(zhǔn)確度和精確度穿行于復(fù)雜空間并與周圍環(huán)境進(jìn)行交互。安森美（onsemi）為 AMR 提供了豐富的傳感器技術(shù)，使其能夠滿足各式各樣的感知要求。

圖像傳感器

激光雷達(dá)系統(tǒng)

位置傳感器

可見光通信驅(qū)動(dòng)器

圖像傳感器

結(jié)合圖像傳感器和圖像信號(hào)處理器打造視覺(jué)感知功能，使機(jī)器人能夠檢測(cè)和識(shí)別物體并自如穿梭于復(fù)雜環(huán)境。

為了準(zhǔn)確捕捉高質(zhì)量圖像，安森美提供了多種非常適合自主機(jī)器人的全局快門和卷簾快門圖像傳感器。例如，安森美 AR0234CS 圖像傳感器采用創(chuàng)新型全局快門像素設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在全分辨率下以每秒 120 幀的幀率，精確、快速地捕捉移動(dòng)場(chǎng)景。該傳感器可生成清晰圖像，非常適合機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，包括移動(dòng)機(jī)器人和條形碼掃描等數(shù)據(jù)捕捉應(yīng)用。

激光雷達(dá)系統(tǒng)

激光雷達(dá)可實(shí)現(xiàn) 3D 測(cè)繪和避障，從而使機(jī)器人能夠輕松穿行于復(fù)雜環(huán)境。SiPM 還可用于直接飛行時(shí)間測(cè)距，精確測(cè)量距離。

SiPM 傳感器使用硅基半導(dǎo)體來(lái)檢測(cè)光子，應(yīng)用于深度感測(cè)時(shí)，該傳感器對(duì)低光照水平的靈敏度較高，因而是低光照檢測(cè)應(yīng)用的理想選擇，這也是 SiPM 的一大優(yōu)勢(shì)。除此之外還兼具結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用等特性，非常適合用于 AMR。

位置傳感器

位置傳感器會(huì)測(cè)量機(jī)器人的輪子或其他活動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)情況，使其能夠在 3D 空間中準(zhǔn)確跟蹤位置和方向。超聲波和紅外傳感器可以測(cè)量機(jī)器人與物體的距離，從而使其能夠檢測(cè)障礙物并避免碰撞。

安森美開發(fā)了一款工業(yè)旋轉(zhuǎn)位置傳感器 NCS32100，實(shí)現(xiàn)了精度和速度的理想結(jié)合。借助 38 毫米傳感器，該器件可在 6,000 RPM 轉(zhuǎn)速下達(dá)到 ±50 角秒的精度；犧牲些許精度時(shí)，還可支持高達(dá) 100,000 RPM 的轉(zhuǎn)速。NCS32100 使用全新專利方法進(jìn)行電感式位置感測(cè)，是工業(yè)和機(jī)器人應(yīng)用的理想選擇。

可見光通信驅(qū)動(dòng)器

VLC 驅(qū)動(dòng)器使用可見光來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。這些驅(qū)動(dòng)器使機(jī)器人能夠與其他設(shè)備（包括 AMR）和人類用戶進(jìn)行通信。VLC 驅(qū)動(dòng)器的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠提供高速且安全的通信?？梢姽鉄o(wú)法穿透墻壁，而該器件卻能提供不受外界干擾的安全信道。

雖然激光雷達(dá)和加速度計(jì)等傳統(tǒng)傳感器已經(jīng)成為標(biāo)配，但 VLC 驅(qū)動(dòng)器等新技術(shù)有望成為出色備選方案。這些技術(shù)具有高速通信和低光照檢測(cè)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大 AMR 的應(yīng)用范圍。

為 AMR 選擇傳感器時(shí)，必須考慮幾個(gè)性能特征和參數(shù)，包括準(zhǔn)確性、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、范圍和尺寸。所有這些都必須與 AMR 運(yùn)行的特定應(yīng)用環(huán)境相契合，例如黑暗或明亮的照明條件、不平坦的地形。

傳感器技術(shù)還在不斷發(fā)展，我們有望看到更先進(jìn)、更具創(chuàng)新性的 AMR 傳感器技術(shù)，從而使機(jī)器人能夠感知相關(guān)環(huán)境的更多細(xì)節(jié)，并在更廣泛的環(huán)境中執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)。此外，傳感器融合和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步已經(jīng)使機(jī)器人能夠集成和處理來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，未來(lái)也必將讓傳感器能夠處理更復(fù)雜的任務(wù)。

電源方案 < 100 V

AMR 的電源系統(tǒng)和電源技術(shù)是決定機(jī)器人運(yùn)行能力和電池續(xù)航時(shí)間的關(guān)鍵。憑借高能量密度和長(zhǎng)壽命特性，鋰離子電池已成為 AMR 的標(biāo)配。電源管理單元可調(diào)節(jié)從電池到機(jī)器人器件的功率流。設(shè)計(jì)和開發(fā) AMR 時(shí)所使用的電源系統(tǒng)和供電技術(shù)對(duì)于機(jī)器人的安全高效運(yùn)行至關(guān)重要。

下文從技術(shù)角度概述了 AMR 設(shè)計(jì)和開發(fā)中所使用的電源系統(tǒng)和供電技術(shù)，其中包括電池、電池管理系統(tǒng)、電流監(jiān)測(cè)、DC-DC 轉(zhuǎn)換、電流模式諧振控制器、智能電源模塊、柵極驅(qū)動(dòng)器、受保護(hù)的電源開關(guān)、集成負(fù)載開關(guān)、功率因數(shù)校正控制器和電流模式控制器。

電源轉(zhuǎn)換器和電壓調(diào)節(jié)器等供電技術(shù)可確保機(jī)器人各器件獲得合適的電壓和電流。DC-DC 轉(zhuǎn)換器可將電池電壓轉(zhuǎn)換為器件所需的電壓。開關(guān)模式電源能有效地將交流電或直流電轉(zhuǎn)換為所需的電壓和電流。

安森美為電源應(yīng)用提供了傳統(tǒng)的硅 MOSFET 和 EliteSiC MOSFET，比如 AC-DC 圖騰柱 PFC 前端，以及基于 LLC 諧振拓?fù)涞拇渭?jí) DC-DC 電源轉(zhuǎn)換。EliteSiC MOSFET 可實(shí)現(xiàn)高能效、高密度的快充電池充電器。

在選擇 AMR 的電源系統(tǒng)和供電技術(shù)時(shí)，必須考慮能量密度、電壓和電流要求、能效和尺寸等性能特征和參數(shù)。電源系統(tǒng)和供電技術(shù)必須提供足夠的能量，滿足機(jī)器人所需的運(yùn)行時(shí)間。其電壓和電流要求必須與機(jī)器人器件相適配。電源系統(tǒng)和供電技術(shù)的能效非常關(guān)鍵，會(huì)影響機(jī)器人的電池續(xù)航時(shí)間和整體性能。AMR 的設(shè)計(jì)必須考慮電源系統(tǒng)和供電技術(shù)的尺寸和重量，因?yàn)檫@會(huì)影響機(jī)器人的整體尺寸和重量。

電池管理系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)電池的充電狀態(tài)、溫度和電流，以確保安全高效地運(yùn)行。機(jī)載電池充電器可以給電池充電，而其規(guī)格將根據(jù)電池類型、容量和電壓來(lái)確定。電流監(jiān)測(cè)功能對(duì)于 AMR 電源系統(tǒng)必不可少，可以確保運(yùn)行安全高效，而大電流傳感器則可以用于監(jiān)測(cè)流過(guò)機(jī)器人各個(gè)子系統(tǒng)的電流。

DC-DC 轉(zhuǎn)換器（包括電流模式諧振控制器）可以將電池電壓轉(zhuǎn)換為各個(gè)子系統(tǒng)所需的電壓。智能功率模塊為電機(jī)控制系統(tǒng)提供高功率開關(guān)。柵極驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng) IPM 及其他大功率開關(guān)器件中的功率開關(guān)，從而保護(hù)功率開關(guān)免受過(guò)壓和過(guò)流的影響。受保護(hù)的電源開關(guān)和集成式負(fù)載開關(guān)可提供負(fù)載切換和保護(hù)；功率因數(shù)校正控制器則可以提高電源系統(tǒng)的整體能效。電流模式控制器用于調(diào)節(jié) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，從而使機(jī)器人子系統(tǒng)能夠高效可靠地運(yùn)行。