自主移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展路徑與前沿解決方案探究

自主移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展

方向與解決方案

在人們的日常生活中，機(jī)器人已經(jīng)從以往的工業(yè)應(yīng)用，拓展到商業(yè)應(yīng)用，在許多的餐廳中，已經(jīng)可以看到機(jī)器人在幫忙送餐，在許多商場(chǎng)內(nèi)，機(jī)器人也開(kāi)始擔(dān)任著迎賓、導(dǎo)覽的工作，這代表著相關(guān)技術(shù)的逐步成熟，以及成本的日漸降低，使得機(jī)器人應(yīng)用日漸普及。本文將為您介紹機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展，以及由安森美（onsemi）所推出的相關(guān)解決方案。

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能夠自主執(zhí)行任務(wù)與在環(huán)境中

移動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)

隨著科技的不斷發(fā)展，人類與機(jī)器人的互動(dòng)將不斷增加，從早上在當(dāng)?shù)乜Х鹊隇槟菘Х鹊膮f(xié)作機(jī)器人（cobot），到在倉(cāng)庫(kù)中移動(dòng)選擇包裹的自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR），這些各式各樣的協(xié)作機(jī)器人，將可以在我們的日常生活中發(fā)揮很多作用。

自主移動(dòng)機(jī)器人是一類能夠自主執(zhí)行任務(wù)并在環(huán)境中移動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)，這些機(jī)器人通常具備一定的感知、決策和執(zhí)行能力，使它們能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，并執(zhí)行各種任務(wù)，而無(wú)需過(guò)多的人為干預(yù)。自主移動(dòng)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)、服務(wù)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，以提高效率、降低成本、增強(qiáng)安全性等目的。

這類機(jī)器人的基本組成部分相當(dāng)復(fù)雜，主要包括感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)。感知系統(tǒng)包括能夠感知環(huán)境的傳感器，如攝像頭、激光雷達(dá)、紅外傳感器等，用于獲取周圍環(huán)境的信息。決策系統(tǒng)則利用感知系統(tǒng)獲取的信息進(jìn)行分析結(jié)合決策算法和軟件，使機(jī)器人能夠理解環(huán)境、規(guī)劃路徑和執(zhí)行任務(wù)。執(zhí)行系統(tǒng)則包括控制機(jī)器人執(zhí)行動(dòng)作的執(zhí)行器，如電機(jī)、液壓系統(tǒng)等，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在環(huán)境中的移動(dòng)和操作。

自主移動(dòng)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展方向涵蓋了許多方面，通過(guò)更強(qiáng)大的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，將使機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境，提高決策能力和自主行動(dòng)的靈活性。此外，未來(lái)的自主移動(dòng)機(jī)器人可能更加注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作規(guī)劃能力和協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的任務(wù)，這涉及到機(jī)器人之間的分布式?jīng)Q策和通信協(xié)議的進(jìn)一步發(fā)展，以及機(jī)器人與人類的有效互動(dòng)，以執(zhí)行更復(fù)雜和協(xié)同的任務(wù)。

具備更多智能感知能力的

自主移動(dòng)機(jī)器人

展望未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)器人應(yīng)用將進(jìn)一步發(fā)展高階的智能感知技術(shù)，如三維視覺(jué)、聲音識(shí)別、觸覺(jué)、氣味感知等，以提高機(jī)器人對(duì)環(huán)境的感知能力，并強(qiáng)化自主移動(dòng)機(jī)器人在未知或動(dòng)態(tài)環(huán)境中的導(dǎo)航和定位能力，包括對(duì)地形、障礙物和其他移動(dòng)物體的更精準(zhǔn)識(shí)別，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景。此外，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提高機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)世界中的感知和操作能力，同時(shí)也為遠(yuǎn)程操作和培訓(xùn)提供更好的工具。

為了延長(zhǎng)機(jī)器人的運(yùn)作時(shí)間，提升能源效率和自持續(xù)性，將更著重研究機(jī)器人的能源效率，同時(shí)發(fā)展更先進(jìn)的自主充電技術(shù)，以延長(zhǎng)其工作時(shí)間，同時(shí)探索自持續(xù)能源解決方案，以減少對(duì)外部充電設(shè)施的依賴，如太陽(yáng)能充電或其他創(chuàng)新的能源技術(shù)，并為了配合不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，開(kāi)發(fā)定制化的自主移動(dòng)機(jī)器人，使其具備更多的功能和適應(yīng)性。

另一方面，人們也相當(dāng)重視機(jī)器人的安全性和倫理考慮，應(yīng)更加強(qiáng)自主移動(dòng)機(jī)器人在與人類互動(dòng)時(shí)的安全性，確保它們?cè)谂c人類共存的環(huán)境中，能夠遵循相關(guān)的法規(guī)和倫理準(zhǔn)則，包括遵循道德準(zhǔn)則、隱私保護(hù)和對(duì)人的尊重，更加強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的安全性，這也可能涉及到法規(guī)和倫理方面的制定。

機(jī)器人也將朝向更專業(yè)化、定制化的自主移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展，以適應(yīng)特定行業(yè)或領(lǐng)域的需求，例如醫(yī)療保健、物流、農(nóng)業(yè)等，并將自主移動(dòng)機(jī)器人與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的自動(dòng)化和智能化，使機(jī)器人能夠更好地與其他設(shè)備和系統(tǒng)協(xié)同工作。

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提供完整的自主移動(dòng)機(jī)器人演示

與解決方案

安森美是一家產(chǎn)品線相當(dāng)廣泛的半導(dǎo)體元器件公司，針對(duì)機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展，安森美開(kāi)發(fā)了一款自主移動(dòng)機(jī)器人演示，該演示是從子系統(tǒng)解決方案開(kāi)發(fā)出來(lái)的，這是一個(gè)使用安森美創(chuàng)新產(chǎn)品的綜合機(jī)器人設(shè)計(jì)。通過(guò)結(jié)合安森美的不同傳感和智能電源解決方案，這一概念可用于設(shè)計(jì)各種類型的機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、電動(dòng)工具和自動(dòng)導(dǎo)引車。

安森美以自己的產(chǎn)品來(lái)制作機(jī)器人應(yīng)用的評(píng)估板（EVB）和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這些平臺(tái)用于自主移動(dòng)機(jī)器人子系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)、傳感器、電源、照明和通信。它們與控制單元一起形成一個(gè)自主移動(dòng)基地，可以在其環(huán)境中導(dǎo)航并在需要時(shí)使用防撞功能，安全地重新規(guī)劃繞過(guò)障礙物的路徑。為了能夠升級(jí)和使用安森美最新的評(píng)估板，并包含安森美的一些客制化產(chǎn)品（例如相機(jī)），自主移動(dòng)機(jī)器人使用DIN導(dǎo)軌來(lái)安裝評(píng)估板，并使用球頭安裝座1/4-20來(lái)安裝傳感器。

在照明子系統(tǒng)中，可向周圍的人傳達(dá)自主移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)狀、狀態(tài)和意圖。在智能零售庫(kù)存應(yīng)用中，照明系統(tǒng)還可以用于照亮黑暗商店中的產(chǎn)品。其中使用了NCV7685線性電流驅(qū)動(dòng)器和NCL31000智能LED驅(qū)動(dòng)器，包括可見(jiàn)光通信和室內(nèi)定位評(píng)估板的功能。

在運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)中則包括安森美的60V多用途三相柵極驅(qū)動(dòng)器NCD83591，以及具有極低的靜態(tài)電流、快速瞬態(tài)響應(yīng)，以及高輸入和輸出電壓范圍功率調(diào)節(jié)器NCP730 CMOS LDO穩(wěn)壓器，和專為緊湊高效應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并具有高熱性能，用于BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最新Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM解決方案。

傳感器子系統(tǒng)中則使用1/2.6英寸2Mp CMOS數(shù)字圖像傳感器AR0234和1/3.2英寸CMOS有源像素?cái)?shù)字圖像傳感器AR1335，以及提供全功能控制器和傳感器接口，可實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度角度傳感的NCS32100角度感應(yīng)定位傳感器，和可在自主移動(dòng)機(jī)器人停止期間提供障礙物距離測(cè)量的超聲波傳感器NCV75215。

在電源子系統(tǒng)中，F(xiàn)AN65008B是一款具有集成功率MOSFET的PWM降壓調(diào)節(jié)器，可通過(guò)48V電池創(chuàng)建自主移動(dòng)機(jī)器人所需的功率水平。FAN65008B包含一系列保護(hù)電路，包括過(guò)電流保護(hù)（OCP）、熱關(guān)斷（TSD）、過(guò)電壓保護(hù)（OVP）、欠電壓保護(hù)（UVP）和短路保護(hù)（SCP）。電源子系統(tǒng)還包括電池監(jiān)控和基于無(wú)橋圖騰柱NCP1681和e-Fuse NIS3071的超緊湊充電解決方案以及電流監(jiān)控。

通信子系統(tǒng)則包括NCN26010，這是一款符合IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)的多點(diǎn)以太網(wǎng)10Base-T1S收發(fā)器，包括MAC、PLCA和協(xié)調(diào)子層（RS）。10Base-T1S是連接所有自主移動(dòng)機(jī)器人子系統(tǒng)的骨干。最后，使用NVIDIA Jetson作為控制單元，提供了安森美子系統(tǒng)將機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）作為集裝器來(lái)實(shí)現(xiàn)的良好集成示例。

搭配合作伙伴共同拓展機(jī)器人的

功能與應(yīng)用

安森美使用DIN導(dǎo)軌制造了自主移動(dòng)機(jī)器人，以便能夠添加新產(chǎn)品和功能，持續(xù)進(jìn)行更多的傳感器融合，也可以通過(guò)使用新的安森美電子保險(xiǎn)絲產(chǎn)品e-Fuse NIS3071來(lái)擴(kuò)展電源子系統(tǒng)。

安森美并與將安森美圖像傳感器和LiDAR技術(shù)集成到其相機(jī)系統(tǒng)中的公司合作，從而將圖像傳感和深度感知全部融合在一個(gè)系統(tǒng)中，以更好地支持這些客戶，并將安森美產(chǎn)品中的算法或功能轉(zhuǎn)移到客戶的系統(tǒng)之中。

安森美的自主移動(dòng)機(jī)器人并與Nvidia合作，可進(jìn)一步深入了解Nvidia Jetson用于運(yùn)行ROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)）環(huán)境的方式，以及需要什么級(jí)別的驅(qū)動(dòng)程序。此外，安森美還深入探索Nvidia Omniverse、Isaac Sim的機(jī)器人仿真和合成數(shù)據(jù)，這些仿真環(huán)境是安全自主移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。仿真環(huán)境用于根據(jù)Syntectica數(shù)據(jù)（移動(dòng)機(jī)器人需要安全導(dǎo)航的障礙物）來(lái)訓(xùn)練移動(dòng)機(jī)器人，這些仿真環(huán)境還可用于導(dǎo)航最節(jié)能的路徑，延長(zhǎng)電池充電之間的時(shí)間，或利用充電的機(jī)會(huì)，通過(guò)自主移動(dòng)機(jī)器人子系統(tǒng)中的節(jié)能和智能傳感，來(lái)突出安森美的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前自主移動(dòng)機(jī)器人可以在人們周圍自由移動(dòng)的物理障礙已被消除，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)相當(dāng)安全且高效。自主移動(dòng)機(jī)器人除了可以在倉(cāng)庫(kù)和／或辦公室環(huán)境這些具有受控照明和水平地板環(huán)境下運(yùn)行，未來(lái)自主移動(dòng)機(jī)器人仍將不斷發(fā)展，以便像人類一樣可以應(yīng)對(duì)任何環(huán)境。

此外，真正的部署靈活性是自主移動(dòng)機(jī)器人能否成功的一個(gè)關(guān)鍵特性，這需要一個(gè)界面來(lái)指示或訓(xùn)練機(jī)器人在無(wú)需編程即可知道該做什么。NLP（自然語(yǔ)言處理）、智能高效硬件傳感器，以及電源和控制方面的進(jìn)步，將集成到自主移動(dòng)機(jī)器人中以執(zhí)行一般任務(wù)。這將使未來(lái)的機(jī)器人有時(shí)可以操作數(shù)控機(jī)床，有時(shí)機(jī)器人也可以包裝產(chǎn)品。例如，在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，自主移動(dòng)機(jī)器人不僅可以進(jìn)行除草，隨后也會(huì)采摘成熟的蔬菜，然后將其包裝以便運(yùn)輸。

結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)器人行業(yè)在我們的日常生活中不斷變得更加高效和可靠，安森美將繼續(xù)開(kāi)發(fā)可集成到自主移動(dòng)機(jī)器人中的技術(shù)，包括運(yùn)動(dòng)、傳感器、電源、照明和通信子系統(tǒng)等模塊，允許機(jī)器人以最少的人機(jī)交互安全地移動(dòng)、觀察和操作。安森美通過(guò)可靠的智能電源和傳感解決方案，最大限度地降低了這種復(fù)雜性，可為您的設(shè)計(jì)提供了必要的構(gòu)建模塊，值得您進(jìn)一步深入了解與采用。

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審核編輯：黃飛