解析AMR设计关键要素：传感器、可见光通信驱动器、电源方案等

自主移动机器人设计涉及各种重要器件，例如电机控制、传感器、电源、照明和通信器件等。上一篇推文“AMR电机控制方案超强整理”中，我们介绍了电机控制方案，本文将继续介绍传感器方案、可见光通信驱动器、电源方案等。

传感器方案

传感器技术还在不断进步，目前的新进展使 AMR 能够以更高的准确度和精确度穿行于复杂空间并与周围环境进行交互。安森美（onsemi）为 AMR 提供了丰富的传感器技术，使其能够满足各式各样的感知要求。

图像传感器

激光雷达系统

位置传感器

可见光通信驱动器

图像传感器

结合图像传感器和图像信号处理器(qì)打(dǎ)造(zào)视(shì)觉(jué)感(gǎn)知(zhī)功(gōng)能(néng)，使(shǐ)机(jī)器(qì)人(rén)能(néng)够(gòu)检(jiǎn)测(cè)和(hé)识(shi)别(bié)物体并自如穿梭于复杂环境。

为了准确捕捉高质量图像，安森美提供了多种非常适合自主机器人的全局快门和卷帘快门图像传感器。例如，安森美 AR0234CS 图像传感器采用(yòng)创(chuàng)新(xīn)型(xíng)全局(jú)快(kuài)门(mén)像(xiàng)素(sù)设(shè)计(jì)，经(jīng)过(guò)优(yōu)化(huà)，可(kě)在(zài)全分(fēn)辨(biàn)率(lǜ)下(xià)以(yǐ)每(měi)秒(miǎo) 120 帧(zhèng)的(de)帧(zhèng)率(lǜ)，精(jīng)确(què)、快(kuài)速(sù)地(de)捕(bǔ)捉(zhuō)移(yí)动(dòng)场(chǎng)景(jǐng)。该(gāi)传(chuán)感(gǎn)器(qì)可(kě)生(shēng)成(chéng)清(qīng)晰(xī)图(tú)像(xiàng)，非(fēi)常(cháng)适(shì)合(hé)机(jī)器(qì)视(shì)觉(jué)应(yīng)用(yòng)，包(bāo)括(kuò)移(yí)动(dòng)机(jī)器(qì)人(rén)和(hé)条(tiáo)形(xíng)码(mǎ)扫(sǎo)描(miáo)等(děng)数(shù)据(jù)捕(bǔ)捉(zhuō)应(yīng)用(yòng)。

激(jī)光(guāng)雷(léi)达(dá)系(xì)统(tǒng)

激(jī)光(guāng)雷(léi)达(dá)可(kě)实(shí)现(xiàn) 3D 测(cè)绘(huì)和(hé)避(bì)障(zhàng)，从(cóng)而(ér)使(shǐ)机(jī)器(qì)人(rén)能(néng)够(gòu)轻(qīng)松(sōng)穿(chuān)行(xíng)于(yú)复(fù)杂(zá)环(huán)境(jìng)。SiPM 还(hái)可(kě)用于直接飞行时间测距，精确测量距离。

SiPM 传感器使用硅基半导体来检测光子，应用于深度感测时，该传感器对低光照水平的灵敏度较高，因而是低光照检测应用的理想选择，这也是 SiPM 的一大优势。除此之外还兼具结构紧凑、坚固耐用等特性，非常适合用于 AMR。

位置传感器

位置传感器会测量机器人的轮子或其他活动部件的旋转情况，使其能够在 3D 空间中准确跟踪位置(zhì)和(hé)方(fāng)向(xiàng)。超(chāo)声(shēng)波(bō)和(hé)红(hóng)外(wài)传(chuán)感(gǎn)器(qì)可(kě)以(yǐ)测(cè)量(liàng)机(jī)器(qì)人(rén)与(yǔ)物(wù)体(tǐ)的(de)距(jù)离(lí)，从(cóng)而(ér)使(shǐ)其(qí)能(néng)够(gòu)检(jiǎn)测(cè)障(zhàng)碍(ài)物(wù)并(bìng)避(bì)免(miǎn)碰(pèng)撞(zhuàng)。

安森美开发了一款工业旋转位置传感器 NCS32100，实现了精度和速度的理想结合。借助 38 毫米传感器，该器件可在 6,000 RPM 转速下达到 ±50 角秒的精度；牺牲些(xiē)许(xǔ)精(jīng)度(dù)时，还可支持高达 100,000 RPM 的转速。NCS32100 使用全新专利方法进行电感式位置感测，是工业和机器人应用的理想选择。

可见光通信驱动器

VLC 驱动器使用可见光来传输数据。这些驱动器使机器人能够与其他设备（包括 AMR）和人类用户进行通信。VLC 驱动器的主要优势在于能够提供高速且安全的通信。可见光无法穿透墙壁，而该器件却能提供不受外界干扰的安全信道。

虽然激光雷达和加速度计等传统传感器已经成为标配，但 VLC 驱动器等新技术有望成为出色备选方案。这些技术具有高速通信和低光照检测等独特优势，能够进一步扩大 AMR 的应用范围。

为 AMR 选择传感器时，必须考虑几个性能特征和参数，包括准确性、灵敏度、响应时间、范围和尺寸。所有这些都必须与 AMR 运行的特定应用环境相契合，例如黑暗或明亮的照明条件、不平坦的地形。

传感器技术还在不断发展，我们有望看到更先进、更具创新性的 AMR 传感器技术，从而使机器人能够感知相关环境的更多细节，并在更广泛的环境中执行更复杂的任务。此外，传感器融合和机器(qì)学(xué)习(xí)的进步已经使机器人能够集成和处理来自多个传感器的数据，未来也必将让传感器能够处理更复杂的任务。

电源方案 < 100 V

AMR 的电源系统和电源技术是决定机器人运行能力和电池续航时间的关键。凭借高能量密度和长寿命特性，锂离子电池已成为 AMR 的标配。电源管理单元可调节从电池到机器人器件的功率流。设计和开发 AMR 时所使用的电源系统和供电技术对于机器人的安全高效运行至关重要。

下文从技术角度概述了 AMR 设计和开发中所使用的电源系统和供电技术，其中包括电池、电池管理系统、电流监测、DC-DC 转换、电流模式谐振控制器、智能电源模块、栅极驱动器、受保护的电源开关、集成负载开关、功率因数校正控制器和电流模式控制器。

电源转换器和电压调节器等供电技术可确保机器人各器件获得合适的电压和电流。DC-DC 转换器可将电池电压转换为器件所需的电压。开关模式电源能有效地将交流电或直流电转换为所需的电压和电流。

安森美为电源应用提供了传统的硅 MOSFET 和 EliteSiC MOSFET，比如 AC-DC 图腾柱 PFC 前端，以及基于 LLC 谐振拓扑的次级 DC-DC 电源转换。EliteSiC MOSFET 可实现高能效、高密度的快充电池充电器。

在选择 AMR 的电源系统和供电技术时，必须考虑能量密度、电压和电流要求、能效和尺寸等性能特征和参数。电源系统和供电技术必须提供足够的能量，满足机器人所需的运行时间。其电压和电流要求必须与机器人器件相适配。电源系统和供电技术的能效非常关键，会影响机器人的电池续航时间和整体性能。AMR 的设计必须考虑电源系统和供电技术的尺寸和重量，因为这会影响机器人的整体尺寸和重量。

电池管理系统将监测电池的充电状态、温度和电流，以确保安全高效地运行。机载电池充电器可以给电池充电，而其规格将根据电池类(lèi)型(xíng)、容(róng)量(liàng)和(hé)电(diàn)压(yā)来(lái)确(què)定(dìng)。电(diàn)流(liú)监(jiān)测(cè)功(gōng)能(néng)对(duì)于(yú) AMR 电(diàn)源(yuán)系(xì)统(tǒng)必(bì)不(bù)可(kě)少(shǎo)，可(kě)以(yǐ)确(què)保(bǎo)运(yùn)行(xíng)安(ān)全高(gāo)效(xiào)，而(ér)大(dà)电(diàn)流(liú)传(chuán)感(gǎn)器(qì)则(zé)可(kě)以(yǐ)用(yòng)于(yú)监(jiān)测(cè)流(liú)过(guò)机(jī)器(qì)人(rén)各(gè)个(gè)子(zi)系(xì)统(tǒng)的(de)电(diàn)流(liú)。

DC-DC 转(zhuǎn)换(huàn)器(qì)（包(bāo)括(kuò)电(diàn)流(liú)模(mó)式(shì)谐(xié)振(zhèn)控(kòng)制(zhì)器(qì)）可(kě)以(yǐ)将(jiāng)电(diàn)池(chí)电(diàn)压(yā)转(zhuǎn)换(huàn)为(wèi)各(gè)个(gè)子(zi)系(xì)统(tǒng)所(suǒ)需(xū)的(de)电(diàn)压(yā)。智(zhì)能(néng)功(gōng)率(lǜ)模(mó)块(kuài)为(wèi)电(diàn)机(jī)控(kòng)制(zhì)系(xì)统(tǒng)提(tí)供(gōng)高(gāo)功(gōng)率(lǜ)开(kāi)关。栅(zhà)极(jí)驱(qū)动(dòng)器(qì)用(yòng)于(yú)驱(qū)动(dòng) IPM 及(jí)其(qí)他(tā)大(dà)功(gōng)率(lǜ)开(kāi)关器(qì)件(jiàn)中(zhōng)的(de)功(gōng)率(lǜ)开(kāi)关，从(cóng)而(ér)保(bǎo)护(hù)功(gōng)率(lǜ)开(kāi)关免(miǎn)受(shòu)过(guò)压(yā)和(hé)过(guò)流(liú)的(de)影(yǐng)响(xiǎng)。受(shòu)保(bǎo)护(hù)的(de)电(diàn)源(yuán)开(kāi)关和(hé)集成(chéng)式(shì)负(fù)载(zài)开(kāi)关可(kě)提(tí)供(gōng)负(fù)载(zài)切(qiè)换(huàn)和(hé)保(bǎo)护(hù)；功(gōng)率(lǜ)因(yīn)数(shù)校(xiào)正(zhèng)控(kòng)制(zhì)器(qì)则(zé)可(kě)以(yǐ)提(tí)高(gāo)电(diàn)源(yuán)系(xì)统(tǒng)的(de)整(zhěng)体(tǐ)能(néng)效(xiào)。电(diàn)流(liú)模(mó)式(shì)控(kòng)制(zhì)器(qì)用(yòng)于(yú)调(diào)节(jié) DC-DC 转(zhuǎn)换(huàn)器(qì)的(de)输(shū)出(chū)电(diàn)压(yā)，从(cóng)而(ér)使(shǐ)机(jī)器(qì)人(rén)子(zi)系(xì)统(tǒng)能(néng)够(gòu)高(gāo)效(xiào)可(kě)靠(kào)地(de)运(yùn)行(xíng)。