Robot móvil autónomo

Soluciones de detección

El robot autónomo necesita ver por dónde va: por eso necesita un sensor de imagen y un módulo de cámara. Nuestra demostración utiliza un módulo de cámara USB E-con. Utiliza un sensor de imagen con obturador global, ideal para robots autónomos. Los sensores de obturación global almacenan los datos de los píxeles de cada imagen al mismo tiempo. Este tipo de sensores no presentan los artefactos de movimiento que se observan en los sensores de persiana enrollable, por lo que son ideales para su uso cuando se desplaza por fábricas o almacenes. Los sensores de obturación rotativa tienen un mayor rango dinámico que los sensores de obturación global, por lo que pueden funcionar mejor cuando hay diferencias extremas en las condiciones de iluminación. Sin embargo, en el caso de los robots autónomos que trabajan en fábricas, las condiciones de iluminación son adecuadas para permitir el uso de sensores de obturación global. El sensor de imagen AR0234CS admite imágenes Full HD a una velocidad de fotograma de sesenta fotogramas por segundo.

Los robots autónomos con brazos móviles utilizan servomotores para controlar la posición de los brazos y las agarraderas. Para ello se requiere una retroalimentación precisa de la posición. Además, si el robot autónomo se apaga y se vuelve a encender, es importante conocer la posición exacta del brazo. Un sensor de posición absoluta puede determinar la posición del brazo en cualquier momento. Los sensores ópticos pueden hacerlo, pero necesitan muchos componentes externos y son sensibles a las variaciones de temperatura. Onsemi es un proveedor establecido de sensores de posición personalizados de alta fiabilidad para el mercado automotriz. A partir de esta experiencia, hemos desarrollado una solución de doble sensor de posición inductivo que utiliza el controlador de sensores NCS32100. Más adelante hablaré con más detalle de este producto.

Soluciones de alimentación

Veamos ahora la fuente de alimentación del robot autónomo. Es cierto que funciona con batería, pero ésta debe cargarse en algún momento. El robot autónomo tiene la inteligencia necesaria para conducir hasta el punto de carga. Un brazo robótico externo conecta el cable de alimentación al robot autónomo para cargarlo.

El cargador de baterías de 600 W de CA de entrada de red para el robot autónomo consta de tres secciones: una etapa PFC, un convertidor LLC aislado y un convertidor reductor. La etapa PFC es una etapa PFC entrelazada doble que utiliza el controlador NCP1632 PFC. Esto garantiza que la alimentación de CA tenga un buen factor de potencia y una distorsión armónica total baja. La etapa LLC convierte la salida de la etapa PFC, que es algo así como 400VCC, a un voltaje de salida de 48VCC utilizando una topología LLC con una topología de medio puente con toma central. El NCP1399 se utiliza en el diseño actual, mientras que el NCP13994, más avanzado, se recomienda para diseños más recientes. La salida se rectifica de forma sincrónica mediante dos MOSFET de media tensión FDMS86202ET controlados por dos controladores de rectificación sincrónica NCP4305D.

Los perfiles de carga de la batería incluyen modos de carga de corriente constante que dan lugar a un amplio rango de voltajes de funcionamiento. Las etapas LLC tienen un rango de funcionamiento estrecho para su relación de conversión de voltaje, o ganancia, por lo que no funcionan bien en modo de corriente constante. En el cargador autónomo del robot, hay una tercera etapa reductora que utiliza el FAN65008 y que puede funcionar con una amplísima gama de relaciones de conversión de voltaje, por lo que puede proporcionar fácilmente los perfiles de corriente y voltaje necesarios para la carga de baterías.

Soluciones de iluminación

Nuestra solución para robots autónomos está equipada con luces LED para mostrar su presencia a las personas y a otros robots. Para la señalización se utilizan luces LED adicionales. Onsemi es un proveedor consolidado de soluciones de faros delanteros, traseros, luces de circulación diurna y luces de señalización para el mercado automotriz y los vehículos industriales. Seleccionamos dos productos de esta amplia cartera para utilizarlos en nuestro robot autónomo.

La solución NCV7685 para luces LED traseras de automóviles es un controlador + solución MOSFET integrada fácil de usar. Hay 12 canales paralelos de 60 mA que se controlan mediante modulación por ancho de pulsos a través de una interfaz I2C. Si el diseñador desea utilizar el controlador led sin un microcontrolador externo, puede preprogramar registros OTP específicos para establecer el ciclo de trabajo. El controlador LED dispone de diagnósticos de fallo que pueden ser leídos por el microcontrolador para detectar errores específicos como condiciones de cortocircuito en el pin que ajusta la corriente, un error en la comunicación I2C, advertencia térmica, apagado térmico y condiciones de carga abierta. El microcontrolador puede utilizar esta información para llevar a cabo las acciones correctivas necesarias, como comunicar el error a un controlador central que supervise los robots autónomos locales.

Soluciones de comunicación

Tradicionalmente, los proveedores de robótica seleccionaban el protocolo CAN automotriz para la comunicación por cable entre diferentes nodos dentro del robot, incluidos BLDC, iluminación, procesador y algunos sensores. CAN lleva décadas utilizándose con cableado de par trenzado sin blindaje (UTP), ligero y económico, en una topología multipunto o en cadena, lo que facilita la comunicación entre nodos a una velocidad de entre 2 Mbps y 5 Mbps. Mientras tanto, a medida que los robots adquieren mayor autonomía o trabajan en mayor armonía con los seres humanos, es necesario aumentar la inteligencia robótica. La inteligencia robótica se mejora añadiendo más procesamiento y sensores al robot, incluyendo Lidar, sensores de imagen, ultrasónicos, radar y posicionamiento inductivo. Los sensores de imagen y Lidar están impulsando más enlaces de comunicación punto a punto (p2p) hacia el nodo del procesador, lo que requiere velocidades de datos más rápidas, como Gigabit Ethernet. Una desventaja del CAN es que se necesita una pasarela entre Ethernet y CAN, ya que los protocolos son diferentes.

En 2019, Ethernet Alliance ratificó el estándar IEEE802.3cg para 10BASE-T1S, como un reemplazo CAN "All-Ethernet". Ahora, con 10BASE-T1S, puede comunicarse de 2 a 3 veces más rápido que CAN en los mismos dos cables (SPE: Single Pair Ethernet) y renunciar al costo y peso adicionales de la puerta de enlace utilizando los controladores NCN26010 o NCN26000 de onsemi.