自主移動機器人

感測解決方案

自主機器人必須看著前進方向，因此需要影像感測器和攝影機模組。我們的示範使用 E-con USB 攝影機模組。它使用全域快門影像感測器，非常適合自主機器人。全域快門感測器可同時儲存每個影像的像素資料。這些類型的感測器不會出現滾動快門感測器中常見的動作假影，因此非常適合在工廠或倉庫地板上移動時使用。滾動快門感測器比全域快門感測器具有更高的動態範圍，因此在光照條件存在極大差異的情況下，可以更有效地運作。然而，對於在工廠運作的自主機器人來說，照明條件適合使用全域快門感測器。AR0234CS 影像感測器支援每秒 60 幀的 Full HD 影像。

具有可移動手臂的自主機器人使用伺服馬達來控制手臂、抓具的位置。這需要準確的位置回報。此外，如果自主機器人斷電、然後再次啟動，則非常需要知道手臂的正確位置。絕對位置感測器可以隨時確定手臂的位置。光學感測器可以做到這一點，但它們需要大量外部元件，而且對溫度變化很敏感。Onsemi 是汽車市場高可靠性客製化位置感測器的知名供應商。根據這項經驗，我們開發了使用 NCS32100 感測器控制器的雙感應式位置感測器解決方案。我稍後將在本簡報中詳細介紹此產品。

電源解決方案

現在，讓我們來看看自主機器人的電源。當然，它是由電池供電的，但電池在某個時候需要充電。自主機器人非常聰明，可以自己前往充電點。外部機械手臂將電源線連接到自主機器人，為機器人充電。

用於自主機器人的 600 W AC 電源輸入電池充電器由三個部分組成：PFC 級、隔離式 LLC 轉換器、降壓轉換器。PFC 級是使用 NCP1632 PFC 控制器的雙交錯式 PFC 級。這樣能確保從 AC 線路汲取的電力具有良好的功率因數、較低的總諧波失真。LLC 級使用具有中點分接半橋拓撲的 LLC 拓撲，將 PFC 級的輸出 (例如 400 VDC) 轉換為 48 V DC 輸出電壓。目前設計使用 NCP1399，較新的設計建議使用更先進的 NCP13994。使用兩個 NCP4305D 同步整流控制器控制的兩個 FDMS86202ET 中電壓 MOSFET，對輸出進行同步整流。

電池充電配置包括恆定電流充電模式，可產生寬廣的工作電壓範圍。LLC 級的電壓轉換比或增益工作範圍很窄，因此它們在恆定電流模式下表現不佳。自主機器人充電器具有使用 FAN65008 的第三個降壓級，可以在非常寬的電壓轉換比範圍內運作，因此可以輕鬆提供電池充電所需的電流和電壓曲線。

照明解決方案

我們的自主機器人解決方案配備 LED 燈，向人類和其他機器人告知其存在。額外的 LED 燈用於發出訊號。Onsemi 是一家為汽車、工業車輛市場提供車頭燈、車尾燈、日間行車燈、號誌燈解決方案的知名供應商。我們從這個廣泛的產品組合中，選擇了兩種產品用於我們的自主機器人。

NCV7685 汽車尾部 LED 燈解決方案是驅動器 + 整合式 MOSFET 解決方案，使用簡單。有 12 個並列 60 mA 通道，透過 I2C 介面進行 PWM 控制。如果設計人員想要在沒有外部微控制器的情況下操作 LED 驅動器，他們可以對特定的 OTP 暫存器進行預先編程來設定工作週期。LED 驅動器具有故障診斷功能，可由微控制器讀回，以偵測特定錯誤，例如設定電流的引腳發生短路、I2C 通訊中的錯誤、高溫警告、熱關斷、開路負載情況。微控制器可以使用這些資訊來支援必要的修正措施，例如將錯誤傳回監測本地自主機器人的中央主機控制器。

通訊解決方案

傳統上，機器人供應商多選用汽車用 CAN 通訊協定作為機器人不同節點之間的有線通訊方式，包括 BLDC、照明、處理器與部分感測器等。CAN 已問世數十年，透過多點或菊鏈拓撲，搭配輕量、低成本的非屏蔽式雙絞線 (UTP)，可實現 2 Mbps 至 5 Mbps 的節點間通訊。同時，隨著機器人逐漸具備更多自主性，或需與人類更緊密協作，其智慧程度也必須相應提升。機器人的智慧化仰賴更多處理能力與感測器的整合，包括光達、影像感測器、超音波、雷達、感應式定位等。影像感測器及光達推動了更多通往處理器節點的點對點 (p2p) 通訊連結，並需支援如 Gigabit 乙太網路等更高速的數據傳輸率。CAN 的一大缺點是，由於通訊協定不同，乙太網路與 CAN 之間需要透過閘道器轉換。

2019 年，Ethernet Alliance 正式制定 IEEE 802.3cg 標準，也就是 10BASE-T1S，作為「全乙太網路」架構下的 CAN 替代方案。有了 10BASE-T1S，就能以相同的兩條線材 (SPE：單對乙太網路) 實現比 CAN 快 2 至 3 倍的通訊速度，並透過 onsemi 的 NCN26010 或 NCN26000 控制器，省去額外閘道器的成本與重量。