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与传统工业机器人不同，智能机器人运用多种传感器、人工智能及先进算法，能够与环境互动、检测障碍物，并与人类及其他机器协同工作。部署自主机器人有助于提升生产力与效率：它们可承担重复性或耗时任务，让人类工人得以专注于增值活动。轻负载场景下，系统可采用 12 V电池供电;较高电压(如 48 V)则能降低工作电流，从而减小导线尺寸并节约成本。目前，智能机器人主要应用于仓库、生产工厂等受控环境(jìng)，但(dàn)其(qí)户(hù)外(wài)作(zuò)业(yè)的(de)应(yīng)用(yòng)趋(qū)势(shì)正(zhèng)不(bù)断(duàn)扩(kuò)大(dà)。

框(kuāng)图(tú)

顶(dǐng)层(céng)拓(tà)扑(pū)

下(xià)面(miàn)的框图展示了安森美 (onsemi)打造的智能移动机器人方案。 机器人系统由多个相互连接的子模块构成， 主要包括电池管理、 运动控制、 感测和中央处理器 (CPU) 等子模块。 这些子模块方案与具体的应用场景紧密相关：例如，仅在内部作业的机器人所需的传感器数量较少;而搭载机械臂的机器人则需要配备更多电机逆变器。

方案概述

连接(取代 CAN)

AMR 中的 CPU 和所有构建块需要相互通信。 通信手段有许多种。传统上， 使用的是 CAN、 LIN、 RS-485、 RS232和许多其他方式。 所有这些都可以用 10Base-T1S 取代。

它是 IEEE 在 802.3cg 第 147 条规范中指定的以太网协议。 借助 10BASE-T1S， 仅使用一根双绞线便可将多个PHY 连接到公共总线。 这减少了所需的交换机端口数量，并且无需网关。 由于 10BASE-T1S 只需要一根非屏蔽双绞线， 因此布线成本也大大降低。

此外， 10BASE-T1S 的通信速度可达 10Mbps， 高于迄今为止的许多方案(例如， LIN 最高为 20Kbps， CAN 最高为约 1Mbps) 。

任何节点都可以向/从任何其他节点发送/接收以太网帧， 类似于传统的以太网 LAN。

在多分支拓扑中运行时， 物理层冲突避免 (PLCA) 特性可以避免数据包冲突。 节点会根据各自的ID 轮流(一次一个) 在总线上进行传输。 PLCA 周期不是固定的， 取决于待处理的数据。

图 1：多分支与点对点网络拓扑

以太网控制器 NCN26010

10Mb/s 工业以太网 MAC+PHY IC 控制器

符合 10BASE-T1S – IEEE 802.3cg 标准

集成 MAC 和 10BASE-T1S PHY

PLCA 突发模式 – 如果某个节点需要发送比所有其他节点都多的数据， 则允许该节点在每次 PLCA 传输机会中发送更多帧

支持 8 个以上节点， UTP 线缆传输距离超过 25m

增强抗噪声能力

全局唯一 MAC 地址

32 引脚 QFN 封装

图 2： 10BASE-T1S MACPHY 评估套件

电感式位置检测

位置传感器会测量轮子或其他运动部件的旋转， 以准确跟踪它们在环境中的位置和方向。 这些传感器可用作 BLDC 控制电子换向的一部分。 电感式编码器相比传统的光学或磁检测有许多优势。

电(diàn)感(gǎn)式(shì)检(jiǎn)测(cè)稳(wěn)健(jiàn)、 轻(qīng)便(biàn)、 只(zhǐ)需(xū)很(hěn)少(shǎo)的(de)元(yuán)件(jiàn)， 并(bìng)且(qiě)对(duì)振(zhèn)动(dòng)或(huò)污(wū)染(rǎn)不(bù)敏(mǐn)感(gǎn)。

电感式检测 NCS32100

非接触式传感器方案， 由两片 PCB 组成：一个带有两个印刷电感器(无焊接元件) 的转子， 以及一个带有印刷电感器和编码器 IC 的定子。

传统光学编码器方案可能需要 100 多个元件才能正常工作， 与之相比， 安森美 NCS32100 仅需 12 个元件即可实现最小功能系统。

计算位置和速度

绝对编码器 - 无需移动即可确定位置

6,000 RPM 全精度(最大 45,000 RPM)

对于 38mm 传感器，精度为 +/- 50 角秒(0.0138度)或更高

可以区分并抑制旋转运动产生的振动

20 位单圈分辨率输出， 24 位多圈

集成 CortexM0+ MCU – 高度可配置

为广泛的光学编码器提供成本更低的替代方案

自校准 - 只需一个命令

图 3： NCS32100 传感器方案

NCS32100 设计工具

安森美提供了大量设计工具，助力电感检测系统的设计，包括：自校准程序、固件及 PCB 参考设计文件/电气连接与固件的参考指南等。

图 4： NCS32100 测量精度