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　　高效率和佛氏狀機器人微波爐探究

　　國際金屬加工網(wǎng)

　　一流制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業(yè)典型研討會

　　和佛氏狀的Roomba Discovery機器人微波爐是美國iRobot公司Roomba系列機器人中的高端產(chǎn)品,在任務(wù)完成或電力不足時能手動返回電池組底座電池組。該產(chǎn)品附帶兩個無線遙控器,可遠(yuǎn)在20英尺(約6米)以外掌控操作。

在保潔各方面,這款Discovery機器人主要依賴兩個平底鍋桿(beater bar)和螺絲設(shè)計以及一圈淡黑螺絲,可徹底保潔墻邊角落。它選用無紙袋會量箱來搜集所有的垃圾。盡管沒有傳統(tǒng)的高吸力,在我們非常有限的Hartwig中,Discovery的會量工作完成十分出色。

在開放性各方面,則選用雙輪驅(qū)動力機制,并另附有兩個炮身。這三個車輪都具有基本上的彈簧懸掛器(可展開手動高度控制)。此種驅(qū)動力輪結(jié)構(gòu)提供更多了開放性,并只需單純的直流電機即可,但滾輪掌控不是單純的開或關(guān)這么單純。在炮身器里有兩個用以檢驗車輪轉(zhuǎn)動速度的截純量(optical chopper),透過計算發(fā)射裝置/檢驗器光電出口處炮身葉片的中斷來監(jiān)視車輪的速度。此種監(jiān)視還能提供更多掌控轉(zhuǎn)為(透過使兩個炮身轉(zhuǎn)動速度快于另兩個來實現(xiàn)轉(zhuǎn)為)所需要的反饋,從而建立一類外部基本上“映射”,反映出房間的哪些區(qū)域已被潔凈,還有哪些地方性仍需注意。透過此種跟蹤探測,Discovery能確保手動吸塵中不會漫無目的地亂走一氣。

　　關(guān)鍵性基本功所處

　　要讓制作的機器人微波爐具有實用性,關(guān)鍵性基本功在于對周圍環(huán)境的了解。當(dāng)Roomba遇到障礙物或物體邊沿時,由兩個邊沿檢驗器展開“減震”并打開炮身記號(wheels flag)。更重要的是,該器在機體四周使用了五個紅外線(IR)發(fā)射裝置/檢驗器接收器,這五個接收器不斷檢驗是否有像樓梯這樣的會使Roomba滑落的邊沿,以防止滑落損壞。當(dāng)器立足處是實實在在的天花板時,發(fā)射裝置發(fā)出的紅外線信號將散射回檢驗器。但若某一發(fā)射裝置下是一塊空地,將無紅外線信號散射回來,表明可能有危險,于是就讓Roomba倒退或停止以保護(hù)自己。整個器操作單純、具智能性并價格低廉。

此外,“污垢檢驗”機能也是智能性的一類表現(xiàn)。由于天花板上總有一些地方性特別臟,Roomba會加長對該地方性的潔凈時間。一旦此種地方性得到充分潔凈后,該檢驗機能會通知Roomba可以繼續(xù)前進(jìn)了。

　　上面提到的感測器化解方案是一類極棒的低端方案。Discovery整合了一對基本上磁性麥克風(fēng),讓這兩個價格低廉的磁性盤式揚聲器(和玩具及會說話的明信片中選用的相同)彼此相反。磁性器件的表面向外進(jìn)入設(shè)備底部的潔凈腔,以便于“聆聽”塵屑的聲音,當(dāng)遇到污垢和碎屑時,產(chǎn)生小電流。若這些硬幣大小的塵屑撿拾器及其相關(guān)運算放大器在潔凈區(qū)域生成兩個記號,意味著需要更大的潔凈力度。一切歸于寧靜時,Discovery推斷所有塵屑已被搜集完畢,然后繼續(xù)前進(jìn)。

圖:Roomba Discovery機器人微波爐的外部Ramanathapuram

　　高集成度的掌控管理

　　該電子設(shè)備令人驚異地把設(shè)計中所需的所有感應(yīng)器監(jiān)視、電機驅(qū)動力、演算法處理和常規(guī)掌控集于一體,透過兩個一流的飛思卡爾16位微掌控器MC9S12E128CPV來展開掌控管理。除了CPU內(nèi)核外,這一部件還包涵128kb的SSD,8kb的RAM,以及大量外設(shè)組件,比如計時器、D/A放大器、多通道A/D放大器和若干串行接口。該MCU的外部數(shù)字電源電流(2.5V)由兩個片上開關(guān)電源產(chǎn)生。在22.5mm×5cm的掌控器板上,除了幾個信號控制運放組件和用于電機驅(qū)動力的眾多功率晶體管之外,就只有分立式元件。

這款Discovery產(chǎn)品還內(nèi)含兩個包涵了紅外線(IR)發(fā)射裝置的電池組底座。該發(fā)射裝置作為Roomba的信標(biāo),讓它可以手動尋找電池組底座所處的地方性,時間到了就回家電池組。Discovery中還有兩個電池組供電的可創(chuàng)建虛擬墻的器,能限制保潔范圍,防止微波爐進(jìn)入禁止地帶。

　　所有這些外設(shè)都包涵有自己的利用高效率芯片細(xì)線裝配的小型電路板器。電池組底座還包括兩個額外的電路,用以化解微波爐的14.4V NiMH電池組組件的電池組掌控問題,這個電池組組件為整個系統(tǒng)提供更多能源,占了Discovery重量的很大比例。

Discovery設(shè)計的復(fù)雜程度有很大部分是機電各方面的,尤其是感應(yīng)器、開關(guān)、電機及其相關(guān)聯(lián)絡(luò)人的集成。不客氣地說,聯(lián)絡(luò)人的復(fù)雜程度大得可怕。要保證最終產(chǎn)品的成本效益,唯一的辦法是選用高效率人力展開生產(chǎn)(該設(shè)備在中國生產(chǎn))。

　　Roomba Discovery把一類主要演算法增值引入到了電機驅(qū)動力、障礙檢驗和除塵機能的基本上構(gòu)架中。價格低廉的感應(yīng)器化解方案,機能多樣化的MCU和高效率人力的最終裝配,這三者的結(jié)合創(chuàng)建出了一類非常實用的低于300美元的家庭機器人。

Roomba在互連各方面非常復(fù)雜。雖然半導(dǎo)體各方面的復(fù)雜程度主要集中在飛思卡爾的多外設(shè)掌控器上,但大量的感應(yīng)器及附加電路板需要插頭連接器以連接回中央電路板,這就意味著需要大量的電纜線束。由于這些電纜中大部分都是用于驅(qū)動力和微波爐電機的?D而它們都是在主電路板上展開能量驅(qū)動力的?D因而必須化解大電流噪聲管理問題,選用兩個Samxon的電解濾波器電容就可以消除噪聲。

　　在污垢檢驗板上,磁性式塵屑拾取器的低電平信號必須保持純凈,故在這里噪聲管理也十分重要。設(shè)計中選用了一對比較昂貴的但更有效的AVX鉭電容,以防止對污垢檢驗的不良影響?？偠灾?此種強有力的混合信號特性在整個設(shè)計中產(chǎn)生了對其它無源器件的大量需求。

　　:David Carey

　　總裁

　　Portelligent公司

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