自主移動機(jī)器人（AMR）和自動導(dǎo)引車（AGV）是無人駕駛機(jī)器人，結(jié)合了移動性、感知和連接能力，主要用于運(yùn)輸和移動各種重量和尺寸的負(fù)載，以及其他功能。這些系統(tǒng)可以根據(jù)其技術(shù)和預(yù)期用途與人類進(jìn)行不同程度的互動，可在人群周圍安全操作，并達(dá)到高水平的合作和協(xié)作。本文將為您介紹AMR/AGV等智能機(jī)器人的發(fā)展與趨勢，以及由安森美（onsemi）所推出的相關(guān)解決方案。

智能機(jī)器人推動工業(yè)5.0的制造業(yè)數(shù)字化發(fā)展

隨著行業(yè)越來越接近工業(yè)5.0，這是制造業(yè)數(shù)字化的下一階段，對人機(jī)交互和機(jī)器人功能增強(qiáng)的需求日益增加，其中使用智能機(jī)器人的范圍，從機(jī)械臂到輪式自主送貨機(jī)器人，再到完全可自主行走的人形機(jī)器人，應(yīng)用發(fā)展逐漸成熟。智能機(jī)器人與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不同，它們使用許多不同的傳感器、人工智能（AI）和高級算法來與環(huán)境互動、檢測障礙物，并與人類和其他機(jī)器共同協(xié)作。

部署自主機(jī)器人的優(yōu)勢包括提高生產(chǎn)力和效率，用于執(zhí)行重復(fù)和／或耗時的任務(wù)，因此人類工人可以專注于更具附加價(jià)值的活動。在較輕的有效載荷下，系統(tǒng)可以由12V電池供電，而更高的電壓（例如48V）可用于降低工作電流，從而減少電線尺寸和成本。

如今，得益于人工智能的進(jìn)步，全球智能機(jī)器人市場正在經(jīng)歷顯著擴(kuò)張，這使得更復(fù)雜的自主機(jī)器人得以構(gòu)建，這些機(jī)器人不僅可以部署在倉庫中，還可以部署在戶外和控制較少的環(huán)境中。自主機(jī)器人可為電子商務(wù)、制造業(yè)、醫(yī)療保健等各個行業(yè)提供解決方案，并且可以高度定制。

安全的電池充電器管理和電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

安森美針對智能機(jī)器人應(yīng)用推出了相當(dāng)完整的智能和移動機(jī)器人解決方案，種類相當(dāng)多樣，以下將針對功能區(qū)塊來介紹相關(guān)的主力產(chǎn)品。

首先，電池充電器并不是機(jī)器人的一部分（機(jī)外），通常包括從單相120 – 230 Vac到12-48 V電池電壓的轉(zhuǎn)換。充電器可以是有線的，也可以是無線的，AC/DC充電器通常由兩個子系統(tǒng)組成，包括功率因數(shù)控制器（PFC）級和諧振轉(zhuǎn)換器（LLC）。

在功率因數(shù)控制器中，NCP1680是無橋圖騰柱CrM（臨界傳導(dǎo)模式）PFC控制器，支持恒定準(zhǔn)時Crm和谷值同步頻率折返，可在整個負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化，可進(jìn)行交流線路監(jiān)控和交流相位檢測，具有新穎的谷值感應(yīng)方案和零電流檢測，無需霍爾傳感器的逐周期電流限制，因此無需外部元器件，適用于小于350W的功率水平。另一款功率因數(shù)控制器―― NCP1681是無橋圖騰多模式PFC控制器，支持固定頻率CCM（恒定傳導(dǎo)模式），具有恒定準(zhǔn)時CrM和谷值開關(guān)頻率折返，具有專有電流感應(yīng)方案與專有谷值感應(yīng)方案，適用于高功率，支持高達(dá)1kW的多模式應(yīng)用，CCM大于2.5kW。

此外，離線控制器NCP4390是一款采用SOIC-16封裝，帶同步整流器控制的次級側(cè)LLC諧振轉(zhuǎn)換器，帶雙邊沿跟蹤的同步整流控制，支持寬工作頻率（39kHz ~ 690kHz），可通過補(bǔ)償削減（頻率偏移）防止非ZVS（NZP），支持初級側(cè)開關(guān)和SR開關(guān)的可編程死區(qū)時間。

電池、電池管理和電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)則是機(jī)器人的機(jī)載部分。通常，移動機(jī)器人使用鋰離子或磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池更常見，能量密度更高。另一方面，磷酸鐵鋰電池更穩(wěn)定，不易過熱，標(biāo)稱電壓更低，最常用的是12-48V電池系統(tǒng)，可以并聯(lián)以提高性能。

典型的24V電池容量約為50Ah，重量約為10kg。電源樹為系統(tǒng)中的所有邏輯電平和低壓電源軌供電。通常，它不需要隔離（電池電壓低于50 V），并且與低壓差穩(wěn)壓器（LDO）結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)為多個并聯(lián)降壓轉(zhuǎn)換器。

安森美的轉(zhuǎn)換器FAN65008B是一款同步降壓調(diào)節(jié)器，集成高側(cè)和低側(cè)功率MOSFET，并集成固定頻率電壓模式PWM控制器，可提供寬范圍的電壓轉(zhuǎn)換，輸出電流大于2A時效率超過95%，支持4.5至65V的寬輸入電壓范圍，以及10A連續(xù)輸出電流，支持100kHz至1Mhz的可編程開關(guān)頻率，具有熱關(guān)斷、UVLO、過載和短路保護(hù)。

用于AMR/AGV的先進(jìn)通信與保護(hù)功能

AMR/AGV中的所有構(gòu)建塊都需要相互通信，當(dāng)前有許多可用的通信方式，傳統(tǒng)上，人們會使用CAN、LIN、RS-485、RS232和許多其他方式，不過，目前所有這些通信方式都可以用10Base-T1S替代，僅使用一條雙絞線即可將多個PHY連接到公共總線。這將可減少了所需的交換機(jī)端口數(shù)量，并且消除了對網(wǎng)關(guān)的需求。10BASE-T1S只需要一條非屏蔽雙絞線，這也大大降低了布線成本。

安森美的以太網(wǎng)控制器NCN26010是一款支持10Mb/s工業(yè)以太網(wǎng)MAC+PHY IC控制器，支持10BASE?T1S，符合IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)，集成MAC和10BASE-T1S PHY，支持PLCA突發(fā)模式，如果任何節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送比其他所有節(jié)點(diǎn)更多的數(shù)據(jù)，則允許每個PLCA傳輸機(jī)會發(fā)送更多幀，通過超過25m的UTP電纜可支持多過8個節(jié)點(diǎn)，具有增強(qiáng)的抗噪性，以及全局唯一MAC地址，采用32針QFN封裝。

在智能保護(hù)方面，eFuse和SmartFET等智能保護(hù)可提高效率和可靠性，并減少機(jī)器人停機(jī)時間。eFuse是一種自保護(hù)、可復(fù)位的電子保險(xiǎn)絲，它通常用于監(jiān)控輸入／輸出電壓、輸出電流和溫度。eFuse可防止過流、過壓和高溫，可以防止下游元器件、連接器和PCB走線損壞。eFuse可用于熱插拔情況，以及需要限制浪涌電流的情況。SmartFet可用于保護(hù)低壓電源軌（例如12V），可提供短路保護(hù)和浪涌電流處理，以及熱關(guān)斷和自動重啟以防止高溫，還包含過壓保護(hù)。

安森美的電流保護(hù)NIS3071是一款四通道eFuse，支持四個獨(dú)立通道，每個通道高達(dá)2.5A、60V，具有高度可擴(kuò)展，輸出可以組合以將電流限制提高到10A，支持每個通道的熱保護(hù)，以及數(shù)字啟用、公共故障引腳，以及可調(diào)開啟時間控制與可調(diào)過流限制。

保護(hù)型MOSFET――NCV84045是一款具有高級保護(hù)功能的完全受保護(hù)的單通道高側(cè)驅(qū)動器，支持CMOS兼容控制輸入，以及高達(dá)32A的輸出電流，具有非常低的RDS(ON) 50mΩ典型值，可進(jìn)行電流檢測輸出診斷反饋，具有用于感應(yīng)開關(guān)的集成鉗位，支持接地丟失和VD丟失保護(hù)，以及ESD保護(hù)、短路保護(hù)。

完整的電機(jī)控制與位置傳感解決方案

中央處理器（CPU）是整個系統(tǒng)的“大腦”，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部和與外部環(huán)境的所有通信。根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜性，它需要具有足夠的計(jì)算能力。此外，智能機(jī)器人還需要支持同步定位與地圖構(gòu)建（SLAM），這是一種用于創(chuàng)建未知環(huán)境地圖的方法，移動機(jī)器人利用SLAM算法在周圍環(huán)境中進(jìn)行自主導(dǎo)航。另一方面，運(yùn)動和執(zhí)行器控制用于控制機(jī)器人移動的輪子。此外，機(jī)器人還可以使用機(jī)械臂或提升負(fù)載。所有這些功能通常都依賴于無刷直流（BLDC）電機(jī)，這需要復(fù)雜的算法才能精確控制。

安森美的柵極驅(qū)動器NCD83591是一款三相柵極驅(qū)動器，非常適合工業(yè)應(yīng)用，支持5-60V工作電源范圍，以及高達(dá)250mA的FET恒流驅(qū)動，可執(zhí)行高達(dá)30kHz的電機(jī)PWM，具有單獨(dú)的六柵極控制模式，具有UVLO、HBM和CDM ESD、斷電期間的內(nèi)部柵極下拉等集成保護(hù)功能，采用28引腳QFN封裝。

MOSFET NTMJST2D6N08H是一款支持2.8mΩ RDS(ON)、80V VDS，具有低電容和柵極電荷，可降低開關(guān)損耗，采用TCPAK57封裝，可降低PCB溫度，因?yàn)闊崃繌捻敳肯ⅲ梢蕴岣逷CB利用率。

MOSFET NTMFS0D4N04XM是T10M系列中同類最佳的40V MOSFET，適用于BLDC電機(jī)驅(qū)動，支持0.42mΩ RDS(ON)，可降低傳導(dǎo)損耗，采用5mmx6mm封裝，具有卓越的軟化恢復(fù)能力，低電壓尖峰可減少應(yīng)力和EMI問題。

電感式位置傳感器可測量車輪或其他移動部件的旋轉(zhuǎn)，以準(zhǔn)確跟蹤它們在環(huán)境中的位置和方向，它們可以用作BLDC控制的電子換向的一部分。電感式編碼器比傳統(tǒng)的光學(xué)或磁感應(yīng)具有許多優(yōu)勢，它們堅(jiān)固耐用、重量輕、只需要很少的元器件，并且對振動或污染不敏感。

電感式傳感NCS32100是一款非接觸式傳感器解決方案，由兩個PCB組成，包括一個帶有兩個印刷電感器（沒有焊接元器件）的轉(zhuǎn)子，以及一個帶有印刷電感器和編碼器IC的定子。與可能需要100多個元器件才能正常工作的傳統(tǒng)光學(xué)編碼器解決方案相比，安森美的NCS32100只需要12個元器件即可實(shí)現(xiàn)最小的功能系統(tǒng)。

安森美的NCS32100可計(jì)算位置和速度，具有絕對編碼器，無需移動即可確定其位置，支持6,000 RPM全精度（最大45,000 RPM），38mm傳感器的精度為±50弧秒（0.0138度）或更高，可以區(qū)分和消除旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的振動，支持20位單圈與24位多圈分辨率輸出，集成CortexM0+ MCU，具有高度可配置性，是適用于各種光學(xué)編碼器的更便宜替代方案，具有通過單個命令的自我校準(zhǔn)功能。

先進(jìn)的照明、傳感器與無線解決方案

機(jī)器人可以配備LED燈，向人們和其他機(jī)器人表明機(jī)器人的存在。與舊型光源相比，LED更高效、更輕、壽命更長。根據(jù)燈光的顏色，機(jī)器人可以指示方向、發(fā)出狀態(tài)信號等。根據(jù)所需的功率和用途，安森美可提供各種LED驅(qū)動器和控制器。

線性LED驅(qū)動器NCV7685是一款帶I2C的12通道LED線性電流驅(qū)動器，支持12個并聯(lián)恒流通道，每通道60mA灌電流，128個占空比級別，每個通道獨(dú)立，具有高級診斷選項(xiàng)，符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。

要使智能機(jī)器人系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)自主，而不依賴于既定路徑（AGV便需要），它需要能夠防止與障礙物或其他機(jī)器人發(fā)生碰撞，但最重要的是防止與人發(fā)生碰撞。深度感知可以通過使用各種傳感器來實(shí)現(xiàn)，像是LiDAR、成像、雷達(dá)、超聲波，每種傳感器都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

將來自多種傳感器模式的數(shù)據(jù)組合起來稱為傳感器融合，傳感器融合可以結(jié)合所有傳感器的優(yōu)勢，單一傳感器技術(shù)無法在所有條件下提供可靠的信息，因此多個操作傳感器可一起提供更可靠的數(shù)據(jù)集。

安森美的硅光電倍增管陣列RDM-0112A20是一款用于LiDAR應(yīng)用的NIR增強(qiáng)型SiPM，支持共陽極的12個SiPM像素陣列，無快速輸出，具有20x20 μm微單元有效面積，在905nm時PDE（光子檢測效率）為16%，微透鏡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)最大光學(xué)效率，建議Vop為30V。

硅光電倍增管MicroFC-100為1x1 mm SiPM，可用于單點(diǎn)或2D LiDAR，支持標(biāo)準(zhǔn)和快速輸出，具有可見范圍內(nèi)的最高靈敏度，取決于微單元尺寸，在420nm時PDE大于18%，建議Vop為25.2V，具有10、20或35 μm微單元尺寸。

光學(xué)傳感器可用于深度感應(yīng)、方向或?yàn)闄C(jī)器人提供額外功能，例如檢查或圖像識別。機(jī)器人的不同子系統(tǒng)中可能會有多個圖像傳感器（IS）和IS處理器。這是唯一能夠檢測顏色的傳感器解決方案。使用光學(xué)傳感器，系統(tǒng)能夠檢測障礙物并提高安全性或讀出信息（例如，從條形碼中讀取信息）。

安森美的圖像傳感器AR0234是一款1/2.6”的2.3Mp CMOS數(shù)字圖像傳感器，具有1920x1200有源像素陣列，以及領(lǐng)先的全局快門效率，卓越的低光和紅外性能，支持自動曝光、窗口化、行和列跳過模式。

AR0822則是1/1.8”的8Mp CMOS數(shù)字圖像傳感器，具有3840x2160有源像素陣列，支持滾動快門，板載eHDR，具有高靈敏度、低讀取噪聲，智能線性化可減輕移動偽影和LED閃爍，支持增強(qiáng)的NIR響應(yīng)。

無線連接系統(tǒng)可用于收集傳感器數(shù)據(jù)、進(jìn)行監(jiān)控和定位，作為SLAM算法的一部分，藍(lán)牙出發(fā)角（AoD）是一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，其工作方式與室外全球定位系統(tǒng)（GPS）類似。在AoD方法中，發(fā)射設(shè)備使用排列成陣列的多個天線來發(fā)射250kHz信號。接收設(shè)備有一個天線，當(dāng)來自發(fā)射設(shè)備的信號穿過其天線時，接收設(shè)備會收集數(shù)據(jù)，使其能夠計(jì)算信號方向。

安森美的低功耗藍(lán)牙RSL15是一款無線微控制器單元（MCU），采用低功耗藍(lán)牙5.2技術(shù)和安全的Arm Cortex-M33處理器。器件通過其內(nèi)置電源管理、靈活的GPIO和時鐘方案以及寬電源電壓范圍，為高性能和超低功耗應(yīng)用提供最大的設(shè)計(jì)靈活性，可優(yōu)化能源效率，最大程度降低電池消耗，從而減少電池體積，延長電池供電傳感器的使用壽命，內(nèi)置業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗微控制器，配備易于使用的SDK，是業(yè)界最低功耗的基于閃存的安全藍(lán)牙低功耗MCU。

結(jié)語

智能機(jī)器人的發(fā)展正以前所未有的速度推進(jìn)，從工業(yè)生產(chǎn)到家庭服務(wù)，再到醫(yī)療和教育領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用場景日益廣泛。伴隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，智能機(jī)器人不僅變得更加高效、精準(zhǔn)和多功能，也更加貼近人類的實(shí)際需求。安森美提供了完整的產(chǎn)品解決方案，將可協(xié)助加快智能機(jī)器人的開發(fā)速度，助力構(gòu)建更加高效、便捷和智能的未來世界。