服務(wù)機(jī)器人在社會(huì)生活中越來(lái)越常見(jiàn)，廣泛見(jiàn)諸于物流/運(yùn)輸、安保、保潔、家政、愛(ài)好/娛樂(lè)，以及護(hù)理/協(xié)助等各種應(yīng)用場(chǎng)景。但無(wú)論是哪種應(yīng)用，都要在保持人機(jī)交互(HMI)通信順暢的同時(shí)，還要滿(mǎn)足對(duì)安全以及實(shí)時(shí)響應(yīng)等諸多要求。對(duì)于服務(wù)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，傳感器的作用至關(guān)重要。本文將以?huà)叩貦C(jī)器人為例介紹各類(lèi)傳感器的重要作用。

掃地機(jī)器人中用到的TDK產(chǎn)品

掃地機(jī)器人用到的傳感器種類(lèi)繁多，比如檢測(cè)位置用的運(yùn)動(dòng)傳感器；語(yǔ)音識(shí)別用的麥克風(fēng)；檢測(cè)塵盒是否已滿(mǎn)的氣壓傳感器；檢測(cè)障礙物用的超聲波ToF傳感器，檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境用的氣體和溫度傳感器；管理電池電量用的電流傳感器，以及檢測(cè)角度和位置用的霍爾和TMR傳感器等。此外，還有專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)小型有刷、步進(jìn)或無(wú)刷電機(jī)而設(shè)計(jì)的嵌入式電機(jī)控制器，能將一體式MCU用作終端應(yīng)用的內(nèi)置輔助微控制器。針對(duì)特定應(yīng)用需求，TDK還可提供其他傳感器解決方案。

圖1：框圖 - 掃地機(jī)器人

檢測(cè)地板類(lèi)型、陡峭斷面和障礙物

我們通過(guò)地板類(lèi)型、陡峭斷面和障礙物檢測(cè)應(yīng)用介紹TDK的CH101和CH201超聲波飛行時(shí)間距離傳感器的功能。

CH101和CH201均為小型超低功耗的超聲波飛行時(shí)間 (ToF) 距離傳感器，分別可精確測(cè)量最遠(yuǎn)1.2m和5m的距離。傳感器借助超聲波脈沖回波測(cè)量距離，能在任何照明條件（包括陽(yáng)光照射）下工作，具有毫米級(jí)的測(cè)量精度，且不受目標(biāo)顏色和透明度的影響。傳感器具有寬視場(chǎng) (FoV) 的特點(diǎn)，能同時(shí)測(cè)量與視場(chǎng)中多個(gè)物體的距離。

對(duì)于地板類(lèi)型檢測(cè)應(yīng)用，可使用CH101模塊的信號(hào)測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。此應(yīng)用是通過(guò)測(cè)量反射的超聲波信號(hào)的平均幅度來(lái)判斷目標(biāo)表面是“硬”還是“軟”。

存在性檢測(cè)應(yīng)用則通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)來(lái)確定是否有人或物體存在。這兩種傳感器都可實(shí)現(xiàn)此應(yīng)用。

對(duì)于陡峭斷面檢測(cè)應(yīng)用，則使用CH101模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，模塊中可配置和運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)CH101傳感器。

上述應(yīng)用廣泛見(jiàn)諸于各種機(jī)器人產(chǎn)品，比如無(wú)人機(jī)、吸塵器、自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR)、類(lèi)人機(jī)器人或協(xié)作機(jī)器人。

圖2：檢測(cè)地板類(lèi)型、陡峭斷面和障礙物

超聲波感應(yīng)基礎(chǔ)

地板類(lèi)型檢測(cè)	障礙物檢測(cè)	跌落/陡峭斷面檢測(cè)

RoboVac（軟件解決方案）

RoboVac軟件專(zhuān)為掃地機(jī)器人應(yīng)用中的高級(jí)6軸運(yùn)動(dòng)傳感器ICM-42688-P而開(kāi)發(fā)，是一款支持軟件，可充分發(fā)揮ICM-42688-P的性能，同時(shí)彌補(bǔ)MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器的已知缺點(diǎn)。
TDK的RoboVac軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：

? 充分利用ICM-42688-P的高分辨率（20比特）、精確采樣 (RTC) 和穩(wěn)定性 (VLN) 等特點(diǎn)，同時(shí)融合6軸數(shù)據(jù)，為機(jī)器人路徑規(guī)劃提供精準(zhǔn)導(dǎo)航；
? 在機(jī)器人啟動(dòng)后和準(zhǔn)備就緒之前校準(zhǔn)傳感器偏差；
? 預(yù)測(cè)因時(shí)間和溫度導(dǎo)致的綜合降額，并指示主機(jī)停止以進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)；
? 動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)因時(shí)間和溫度引起的傳感器漂移。

圖3：ICM-42688-P

ICM-42688-P （完美適用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)跟蹤應(yīng)用的高性能6軸IMU）

? 6 軸MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器；

? 行業(yè)領(lǐng)先的性能，具有噪聲小、靈敏度高、時(shí)間和溫度漂移低等特點(diǎn)；

? 具有可提高應(yīng)用性能的獨(dú)特功能，與RTC、20位ADC、高達(dá)32kHz的ODR同步采樣；

? 低功耗
低噪聲模式下的加速度計(jì)+陀螺儀：880μA
低功耗模式下的加速度計(jì)：?50μA

? 小型封裝
2.5 x 3.0 x 0.91 mm (LGA-14)

圖4：傳感器融合和應(yīng)用時(shí)校準(zhǔn)軟件對(duì)機(jī)器人航向跟蹤的重要性

常規(guī)6軸傳感器融合和校準(zhǔn)

VS

TDK的RoboVac（軟件解決方案）

?同類(lèi)最佳的融合性能；

?可在應(yīng)用時(shí)智能校準(zhǔn)；

?提供集成和微調(diào)技術(shù)支持。

圖5：RoboVac的算法說(shuō)明

?IMU加速度計(jì)、陀螺儀和溫度測(cè)量數(shù)據(jù)（來(lái)自ICM-42688-P）會(huì)發(fā)送到RoboVac

?RoboVac的算法：
評(píng)估主機(jī)應(yīng)用程序的四元數(shù)以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)
校準(zhǔn)傳感器誤差（漂移）以保持精準(zhǔn)導(dǎo)航
視需要命令機(jī)器人停止以重新校準(zhǔn)
處理數(shù)據(jù)速率：1000Hz、200Hz和100Hz

?主機(jī)將機(jī)器人狀態(tài)作為輸入發(fā)送到RoboVac以進(jìn)行潛在校準(zhǔn)

?規(guī)格：≤ 10°/小時(shí)

?執(zhí)行概述
初始校準(zhǔn)只運(yùn)行一次
每5~10分鐘暫停一次
校準(zhǔn)持續(xù)時(shí)間為1~2秒
校準(zhǔn)期間會(huì)抑制運(yùn)動(dòng)

“塵盒已滿(mǎn)”檢測(cè)

使用ICP-10101壓力傳感器監(jiān)測(cè)塵盒中的氣壓氣流，以此判斷其中的灰塵水平。隨著吸塵量的增加和過(guò)濾器被堵塞，氣流會(huì)出現(xiàn)停滯，導(dǎo)致塵盒中的氣壓低于空置時(shí)的氣壓。為了消除暖通空調(diào)等局部環(huán)境因素的影響，以便更準(zhǔn)確地檢測(cè)塵盒內(nèi)氣壓，我們建議測(cè)量差壓，即同時(shí)用類(lèi)似的壓力傳感器測(cè)量外部空氣壓力。

圖 6：塵盒已滿(mǎn)檢測(cè)

?使用壓力傳感器監(jiān)測(cè)通過(guò)塵盒的氣流；

?確定塵盒已滿(mǎn)或過(guò)濾器被堵塞；

?可選擇使用第二個(gè)壓力傳感器來(lái)消除暖通空調(diào)等局部環(huán)境影響，從而改進(jìn)解決方案。

圖7：評(píng)估結(jié)果ICP-10101

嵌入式電機(jī)控制器

TDK的HVC flex伺服驅(qū)動(dòng)器系列可用于經(jīng)濟(jì)高效地控制高性能緊湊型電機(jī)。其中新型HVC4422F擴(kuò)展了內(nèi)存大小，能滿(mǎn)足OEM診斷要求并能耐受高溫環(huán)境。配備一體式MPU，滿(mǎn)足RTOS要求。HVC控制器搭載32位CPU內(nèi)核 (Arm Cortex-M3)，能高性?xún)r(jià)比地應(yīng)對(duì)機(jī)器人市場(chǎng)及其他市場(chǎng)（工業(yè)、消費(fèi)品、儀器儀表等）日益增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)。該產(chǎn)品的靈活外設(shè)可提供直接控制有刷、步進(jìn)（雙極或三相）或無(wú)刷 (BLDC) 電機(jī)的所有方法。

HVC系列還可選容量為32 KB (HVC4222/4223)或64 KB (HVC4420F/4422) 的閃存程序存儲(chǔ)器，為代碼開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)加速和系統(tǒng)內(nèi)固件更新提供了高度靈活性。

圖8：HVC的功能

適用于小型電機(jī)的完全集成的單片機(jī)電機(jī)控制解決方案MCU+驅(qū)動(dòng)器

? 可選有傳感器或無(wú)傳感器配置，能靈活控制步進(jìn)、有刷和無(wú)刷直流電機(jī)；

? 卓越性能，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制方案；

? 最大限度減少外部組件數(shù)量；

? 支持系統(tǒng)診斷程序；

? 縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間；
?易于使用的開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用說(shuō)明
?完整的工作演示
?獲得汽車(chē)產(chǎn)品認(rèn)證的專(zhuān)業(yè)固件包
?易于配置并能在不同應(yīng)用之間互用

圖9：框圖 - 系統(tǒng)架構(gòu)

機(jī)器人溫度傳感器

TDK的傳感器廣泛用于機(jī)器人技術(shù)中的溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)用，以保證各項(xiàng)功能的正常運(yùn)行。
TDK可提供廣泛的產(chǎn)品組合，為機(jī)器人應(yīng)用提供高精度溫度檢測(cè)支持。

引線(xiàn)式NTC元件
NTC元件采用高可靠性的玻璃封裝，具有響應(yīng)時(shí)間短的徑向引線(xiàn)式和易于處理的剛性軸向引線(xiàn)式可供選擇。 對(duì)于選項(xiàng)，還提供用于高絕緣性和防潮性的NTC探頭，以及可簡(jiǎn)化安裝過(guò)程的引線(xiàn)加工。

鍵合式NTC芯片
鍵合式NTC芯片設(shè)計(jì)用于半導(dǎo)體設(shè)備中，其引線(xiàn)鍵合能為機(jī)器人產(chǎn)品的固定電池和電機(jī)控制器充電。 這些傳感器直接安裝在智能功率模塊中，用于監(jiān)測(cè)功率半導(dǎo)體的結(jié)溫。

圖10：NTC熱敏電阻產(chǎn)品概覽

	玻璃封裝	樹(shù)脂涂層	貼裝
類(lèi)型	徑向引線(xiàn)式	軸向引線(xiàn)式	迷你傳感器	新型迷你傳感器	芯片
圖片
型號(hào) （零件編號(hào)）	G15*0/G15*1 (B575*0G1*/B575*1G1*)	NTCDS/NTCDA /NTCDE/NTCDZ	S864 (B57864S*)	L862 (開(kāi)發(fā)中)	S860 (B57860S*)
特點(diǎn)	響應(yīng)時(shí)間超短 尺寸小	易處理的剛性引線(xiàn)	防潮性更好 響應(yīng)時(shí)間短	無(wú)引線(xiàn) 溫度容差小 優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 良好的抗熱震性	無(wú)引線(xiàn) UL認(rèn)證(E69802) 金屬化頂部和底部表面（金或銀） 有高耐溫性等級(jí)
可選高溫型號(hào)	-40 °C 至 300 °C	-40 °C 至 250 °C	-55 °C 至 155 °C	-55 °C 至 155 °C	-40 °C 至 150 °C
引線(xiàn)	Dumet合金線(xiàn)（銅包鎳鐵線(xiàn)） 可選玻璃體和引線(xiàn)涂層以滿(mǎn)足電絕緣 (G15*1) 要求，最高溫度可達(dá)260°C。 可選引線(xiàn)間距	鍍鎳CP線(xiàn)，可選鍍Sn。 可選引線(xiàn)彎曲度（NTCDA、NTCDE） 可選絕緣或減少應(yīng)力的涂層 (NTCDZ)，最高溫度可達(dá)160°C。	絕緣鍍銀鎳線(xiàn)，AWG30。	絕緣鍍銀鎳線(xiàn)	無(wú)引線(xiàn) 鍵合式NTC芯片
封裝	散裝、條形	折疊式編帶	散裝	散裝、帶裝	編帶裝 （在8英寸框架上）

多層片式NTC
SMD片式NTC非常適合板載溫度檢測(cè)和溫度補(bǔ)償應(yīng)用，可選尺寸范圍為3216到0402，可選導(dǎo)電膠安裝型號(hào)。
>>點(diǎn)擊可連接到片式NTC熱敏電阻的選型指南

溫度傳感器組件/系統(tǒng)
旋入式或螺口式傳感器可輕松安裝到專(zhuān)用組件上，是直接或間接通過(guò)機(jī)器人中的IGBT、電容器、線(xiàn)圈等散熱器監(jiān)測(cè)溫度的成熟解決方案。空氣溫度傳感器能可靠檢測(cè)冷卻空氣溫度并控制冷卻風(fēng)扇。
除了標(biāo)準(zhǔn)零件編號(hào)，我們還能定制NTC特性、引線(xiàn)長(zhǎng)度/端子加工等，歡迎聯(lián)系我們。

圖11：NTC傳感器組件/系統(tǒng)產(chǎn)品概覽

	旋入式傳感器	螺口式傳感器	空氣溫度傳感器	封閉型傳感器
型號(hào)	K45	M703/M1703	NTCGP(片狀端子)	M500	NTCGP(樹(shù)脂灌封)	NTCRP
圖片
特點(diǎn)	NTC熱敏電阻采用旋入式鋁制外殼封裝 絕緣電壓 Vins >2500Vac/1s 旋入式外殼可確保良好的熱耦合（M3 螺紋） 鍍錫銅引線(xiàn) 兼容RoHS指令	NTC熱敏電阻采用帶電纜出口的金屬標(biāo)簽盒封裝 絕緣電壓 Vins > 2700 Vac/1s（可應(yīng)要求提供更高選項(xiàng)） 金屬標(biāo)簽可確保良好的熱耦合 快捷的旋入式安裝 兼容RoHS指令	NTC熱敏電阻采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，帶金屬接線(xiàn)片端子 可使用緊固螺釘固定，能可靠檢測(cè)安裝面的溫度 在靜止油中的響應(yīng)時(shí)間≤6秒 無(wú)引線(xiàn) 兼容RoHS指令	熱敏電阻采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，并配備聚氯乙烯絕緣線(xiàn) 氣流中的響應(yīng)時(shí)間約為20秒 絕緣電壓 Vins > 1250 Vac/1s 兼容RoHS指令	NTC 熱敏電阻采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝 鍍錫平行聚氯乙烯絕緣線(xiàn) 在靜止油中的響應(yīng)時(shí)間≤6秒。 無(wú)引線(xiàn) 兼容RoHS指令	NTC熱敏電阻封裝采用玻璃封裝，并配備小型樹(shù)脂外殼 能在惡劣工況下可靠運(yùn)行 工作溫度高達(dá)200°C 無(wú)引線(xiàn) 兼容RoHS指令
溫度范圍	-10 °C 至 +125 °C	M703: -20°C 至 125°C M1703: -10°C 至 260°C (傳感器頭)	-40 °C 至 +125 °C	-30 °C 至 +100 °C	-55 °C 至 +105 °C	-40 °C 至 +200 °C
標(biāo)準(zhǔn)尺寸

RoboKit開(kāi)發(fā)套件

作為一種新型開(kāi)發(fā)套件，TDK RoboKit能無(wú)縫集成各種解決方案中，包括TDK專(zhuān)為機(jī)器人市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品組合。RoboKit集成了主要的TDK產(chǎn)品，如ICM-42688-P 6軸慣性測(cè)量單元 (IMU)、ICP-10111電容式氣壓傳感器、ICS-43434多模數(shù)字麥克風(fēng)、CH101和CH201超聲波飛行時(shí)間 (ToF) 傳感器，以及Micronas 電機(jī)控制器、角度傳感器和壓力傳感器。TDK提供的解決方案可滿(mǎn)足機(jī)器人市場(chǎng)的嚴(yán)格要求，比如可提供導(dǎo)航精度＜10°/小時(shí)的InvenSense IMU和RoboVac軟件、Coursa Drive的市場(chǎng)就緒慣性導(dǎo)航系統(tǒng) (INS)、能在任何照明條件下檢測(cè)各種顏色障礙物的InvenSense超聲波ToF傳感器，可精準(zhǔn)控制機(jī)器人關(guān)節(jié)的Micronas電機(jī)控制器，以及括溫度傳感器和磁力計(jì)。TDK RoboKit軟件還與領(lǐng)先的操作系統(tǒng)ROS集成。現(xiàn)在，面向IMU和超聲波距離傳感器的ROS就緒驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)上市。

審核編輯：彭菁