I robot sono sempre più intelligenti. Grazie agli enormi progressi compiuti nel campo della visione artificiale e alla disponibilità di sensori e algoritmi di controllo sempre più avanzati, i robot mobili autonomi (AMR) sono in grado di svolgere autonomamente compiti molto complessi, come spostare, afferrare e posizionare oggetti.
Oggi, la maggiore autonomia e capacità di movimento dei robot trova numerose applicazioni in diversi settori dell’automazione industriale, come quello automobilistico e manifatturiero, della logistica, dell’assistenza medica e dei trasporti.
Man mano che questi robot diventano più intelligenti e capaci di interagire e lavorare insieme all’uomo, aumenta anche il numero di tecnologie coinvolte, come il movimento, la visione artificiale, la navigazione autonoma, il rilevamento e la connettività.
Elettronica in AMR
Come mostrato nella Figura 1, la progettazione di un robot mobile autonomo coinvolge diversi componenti chiave, come i motori brushless DC (BLDC), i sensori, l’alimentazione, l’illuminazione e la comunicazione.
I motori BLDC offrono diversi vantaggi rispetto ai motori a spazzole, come l’elevata affidabilità, la bassa manutenzione e l’alta efficienza. Il loro controllo, tuttavia, richiede algoritmi complessi e un driver appropriato. La maggior parte dei motori BLDC trifase, ampiamente utilizzati nella robotica e in altre applicazioni complesse, sono pilotati da transistor di potenza la cui commutazione tra gli stati on e off è determinata da un segnale di modulazione di larghezza di impulso (PWM).
I controllori di motori possono essere completamente integrati (l’algoritmo di controllo è incorporato nel dispositivo) o richiedere un microcontrollore (MCU) dedicato che implementi l’algoritmo di controllo desiderato. I MOSFET di potenza, basati sul silicio o su materiali ad ampio bandgap come SiC e GaN, sono utilizzati per pilotare i motori BLDC trifase utilizzando topologie come half-bridge o altre.
Gli AMR necessitano di diversi tipi di sensori per acquisire informazioni rilevanti sull’ambiente in cui operano e interagire con esso. I sensori tipici includono sensori di immagine, LiDAR, di temperatura e di rotazione. La maggior parte di questi sensori è oggi prodotta con tecnologia a stato solido, che garantisce alta affidabilità, basso costo e prestazioni costanti nel tempo.
Naturalmente, un robot necessita anche di un’unità di alimentazione e, per essere completamente autonomo, deve essere alimentato a batteria. Ne consegue che sono richiesti diversi dispositivi come caricabatterie, monitoraggio della batteria e della corrente, interruttori di carico e convertitori DC/DC.
Concetto AMR di onsemi
Il concetto AMR di Onsemi è una soluzione robotica completa creata con una tecnologia proprietaria all’avanguardia. Fondendo diverse soluzioni di intelligenza e potenza di Onsemi, il concetto può essere utilizzato per progettare diversi tipi di robot, cobot, utensili elettrici e veicoli a guida autonoma.
Le soluzioni di Onsemi coprono tutti i componenti chiave illustrati nella Figura 1, con applicazioni rilevanti come cobot e robot industriali, robot di magazzino, robot per le consegne, utensili elettrici, robot agricoli, tosaerba e veicoli a guida autonoma.
La Figura 2 mostra un diagramma a blocchi del concetto AMR (vista dall’alto), con le soluzioni specifiche di onsemi evidenziate. Queste soluzioni saranno descritte nei paragrafi seguenti.
Sensori
Le soluzioni di sensori di Onsemi per i robot mobili autonomi includono il sensore di immagine AR0234CS e il sensore di posizione rotante induttivo NCS32100.
L’AR0234CS è un sensore di immagine digitale CMOS da 1/2,6 pollici e 2 MP con una matrice di pixel attivi di 1.920 (H) × 1.200 (V). Incorpora un nuovo design innovativo dei pixel dell’otturatore globale, ottimizzato per l’acquisizione accurata e veloce di scene in movimento a 120 fotogrammi al secondo a piena risoluzione. Il sensore produce immagini chiare e a basso rumore sia in condizioni di scarsa illuminazione che in scene luminose.
L’NCS32100 offre un controller completo e un’interfaccia per il sensore per un rilevamento angolare ad alta risoluzione e precisione, se abbinato a un sensore a circuito stampato. L’NCS32100 ha capacità di configurazione flessibili, che consentono di collegare una varietà di modelli di sensori induttivi, e offre una varietà di formati di uscita digitali.
Le caratteristiche principali di questo sensore sono le seguenti:
- Elevata precisione (±50 arcsec o superiore)
- Piena precisione fino a 6.000 giri/min
- Alta velocità (fino a 100.000 giri/min)
- Opzioni flessibili per il diametro del sensore
- Costo contenuto
- Dati di posizione anche in assenza di movimento
Le tecniche di rilevamento induttivo presentano vantaggi unici rispetto alle soluzioni tradizionali di sensori di posizione, tra cui, ma non solo, l’insensibilità alla temperatura, la semplificazione meccanica e l’insensibilità ai contaminanti. Inoltre, onsemi produce sensori induttivi per il settore automobilistico da 20 anni.
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