Die Entwicklungsrichtung und Lösungen autonomer mobiler Roboter

Im täglichen Leben der Menschen haben sich Roboter von industriellen Anwendungen auf kommerzielle Anwendungen ausgeweitet. In vielen Restaurants kann man Roboter bei der Unterstützung der Essenslieferung sehen. In vielen Einkaufszentren übernehmen Roboter auch Aufgaben wie das Begrüßen von Gästen und das Bereitstellen von Informationen. Dies steht für die allmähliche Reife der entsprechenden Technologien und die sinkenden Kosten, was zur steigenden Beliebtheit von Roboteranwendungen führt. Dieser Artikel wird die Entwicklung von Roboteranwendungen und die von onsemi eingeführten Lösungen vorstellen.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird die Interaktion zwischen Menschen und Robotern weiter zunehmen. Von kollaborativen Robotern (Cobots), die morgens im lokalen Café Kaffee für Sie brühen, bis hin zu autonomen mobilen Robotern (AMR), die sich in Lagern bewegen, um Pakete abzuholen - diese verschiedenen Arten von kollaborativen Robotern können viele Rollen in unserem täglichen Leben übernehmen.

AMRs sind eine Art von robotischen Systemen, die in der Lage sind, Aufgaben autonom auszuführen und sich innerhalb ihrer Umgebung zu bewegen. Diese Roboter verfügen typischerweise über Wahrnehmungs-, Entscheidungs- und Ausführungsfähigkeiten, die es ihnen ermöglichen, sich an unterschiedliche Umgebungen anzupassen und verschiedene Aufgaben mit minimalem menschlichem Eingreifen zu erledigen. AMRs werden in Industrien wie der Fertigung, Dienstleistungen, Gesundheitswesen, Landwirtschaft usw. weit verbreitet eingesetzt, mit dem Ziel, Effizienz zu verbessern, Kosten zu senken und die Sicherheit zu erhöhen.

Diese Arten von Robotern bestehen aus mehreren komplexen Komponenten, vor allem aus Wahrnehmungssystemen, Entscheidungsfindungssystemen und Ausführungssystemen. Das Wahrnehmungssystem umfasst Sensoren, die in der Lage sind, die Umgebung zu erfassen, wie z.B. Kameras, LiDAR, Infrarotsensoren usw., die verwendet werden, um Informationen über die umgebende Umwelt zu sammeln. Das Entscheidungsfindungssystem nutzt die vom Wahrnehmungssystem gewonnenen Informationen zur Analyse, kombiniert mit Entscheidungsalgorithmen und Software, und ermöglicht es dem Roboter, die Umgebung zu verstehen, Wege zu planen und Aufgaben auszuführen. Das Ausführungssystem umfasst Aktoren, die die Aktionen des Roboters steuern, wie z.B. Motoren, Hydrauliksysteme usw., die verwendet werden, um die Bewegung und die Operationen des Roboters in der Umgebung zu erreichen.

Die zukünftige Entwicklungsrichtung von AMRs umfasst verschiedene Aspekte. Durch leistungsstärkere künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden Roboter besser in der Lage sein, sich an komplexe und dynamische Umgebungen anzupassen, die Entscheidungsfindung zu verbessern und die Flexibilität autonomer Aktionen zu erhöhen. Darüber hinaus könnten zukünftige AMRs sich verstärkt auf Teamkollaborationsplanung und kollaborative Arbeit konzentrieren, um komplexere Aufgaben zu bewältigen. Dies beinhaltet die Weiterentwicklung der verteilten Entscheidungsfindung unter Robotern und Kommunikationsprotokollen sowie die effektive Interaktion zwischen Robotern und Menschen, um komplexere und kollaborativere Aufgaben auszuführen.

Der Blick in die Zukunft der Entwicklungstrends zeigt, dass Roboteranwendungen die fortschrittlichen intelligenten Wahrnehmungstechnologien wie 3D-Vison, Spracherkennung, Tastsinn, Geruchswahrnehmung usw. weiter vorantreiben werden. Diese Fortschritte zielen darauf ab, die Wahrnehmungsfähigkeiten des Roboters für die Umgebung zu verbessern und die Navigations- und Positionierungsfähigkeiten von AMRs in unbekannten oder dynamischen Umgebungen zu stärken. Dies umfasst eine präzisere Identifikation von Gelände, Hindernissen und anderen beweglichen Objekten, um mit komplexen und dynamischen Szenarien umzugehen. Darüber hinaus wird der Einsatz von Augmented Reality und Virtual Reality-Technologien die Wahrnehmungs- und Betriebsmöglichkeiten des Roboters in der realen Welt verbessern und gleichzeitig bessere Werkzeuge für den Fernbetrieb und das Training bereitstellen.

Um die Betriebszeit von Robotern zu verlängern, die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern, wird der Fokus darauf liegen, die Energieeffizienz von Robotern zu erforschen und fortschrittlichere autonome Ladetechnologien zu entwickeln, um ihre Arbeitsstunden zu verlängern. Darüber hinaus wird die Erforschung von autarken Energielösungen, wie Solarladung oder anderen innovativen Energietechnologien, die Abhängigkeit von externen Ladeeinrichtungen verringern. Zusätzlich wird, um den Anforderungen verschiedener Anwendungsbereiche gerecht zu werden, der Fokus auf der Entwicklung maßgeschneiderter AMRs liegen, die mit mehr Funktionen und Anpassungsfähigkeit ausgestattet sind.

Andererseits legen Menschen auch großen Wert auf die Sicherheits- und ethischen Aspekte von Robotern. Es sollte ein stärkerer Schwerpunkt darauf gelegt werden, die Sicherheit von AMRs im Umgang mit Menschen zu verbessern, um sicherzustellen, dass sie in Umgebungen, in denen sie mit Menschen koexistieren, die relevanten Vorschriften und ethischen Richtlinien einhalten können. Dies umfasst die Einhaltung moralischer Grundsätze, den Schutz der Privatsphäre und die Achtung der Menschenwürde. Darüber hinaus sollte der Sicherheit von Robotern mehr Bedeutung beigemessen werden, was auch die Ausarbeitung von Vorschriften und ethischen Richtlinien beinhalten kann.

Roboter werden sich auch in Richtung spezialisierterer und angepasster AMRs bewegen, um den spezifischen Anforderungen bestimmter Branchen oder Sektoren wie Gesundheitswesen, Logistik, Landwirtschaft usw. gerecht zu werden. Zudem wird die Integration von AMRs mit Internet of Things (IoT)-Technologie höhere Automatisierungs- und Intelligenzniveaus erreichen, wodurch Roboter besser mit anderen Geräten und Systemen zusammenarbeiten können.

onsemi ist ein Unternehmen für Halbleiterkomponenten mit einer breiten Palette von Produktlinien. Als Reaktion auf die Entwicklung von Roboteranwendungen hat onsemi eine Demonstration eines AMR entwickelt. Diese Demonstration stammt aus der Entwicklung von Teilsystemlösungen und repräsentiert ein umfassendes Robotik-Design mit innovativen Produkten von onsemi. Durch die Kombination verschiedener Sensor- und intelligenter Leistungs-Lösungen von onsemi kann dieses Konzept zur Gestaltung verschiedener Arten von Robotern, kollaborativen Robotern, Elektrowerkzeugen und automatisierten, geführten Fahrzeugen eingesetzt werden.

onsemi produziert Evaluierungsboards (EVBs) und Entwicklungsplattformen für Roboteranwendungen unter Verwendung seiner eigenen Produkte. Diese Plattformen werden für AMR-Subsysteme eingesetzt, einschließlich Bewegung, Sensoren, Stromversorgung, Beleuchtung und Kommunikation. Sie bilden zusammen mit der Steuereinheit eine autonome mobile Basis, die in der Lage ist, in ihrer Umgebung zu navigieren und bei Bedarf Wege um Hindernisse sicher neu zu planen, indem sie Kollisionsvermeidungstechniken nutzt. Um die neuesten Evaluierungsboards von onsemi aufrüsten und verwenden zu können und einige der speziell angepassten Produkte von onsemi (wie z. B. Kameras) zu integrieren, verwenden AMRs DIN-Schienen zur Montage der Evaluierungsboards und Kugelkopfhalterungen ¼-20 zur Montage der Sensoren.

Im Beleuchtungsteil-System ist es möglich, den Zustand, Status und die Absichten des AMR an die umgebenden Personen zu übermitteln. In intelligenten Einzelhandels-Inventaranwendungen kann das Beleuchtungssystem auch verwendet werden, um Produkte in dunklen Geschäften zu beleuchten. Der NCV7685 Linearstromtreiber und der NCL31000 intelligente LED-Treiber werden für diese Zwecke verwendet, einschließlich Funktionen der sichtbaren Lichtkommunikation und Indoor-Positionierungs-Evaluierungsboards.

Das Bewegungssubsystem umfasst onsemis 60V Allzweck-Dreiphasen-Gatetreiber NCD83591 sowie den NCP730 CMOS LDO-Spannungsregler mit extrem niedrigem Ruhestrom, schneller transienter Reaktion und einem hohen Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich und die neueste Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM Lösung, die für kompakte und effiziente Anwendungen mit hoher thermischer Leistung entwickelt wurde und für BLDC-Motorantriebe verwendet wird.

Im Sensorsubsystem werden der 1/2,6-Zoll 2-Mp-CMOS-Digitalbildsensor AR0234 und der 1/3,2-Zoll-CMOS-Aktivpixel-Digitalbildsensor AR1335 verwendet. Zusätzlich wird der Winkelerfassungssensor NCS32100 eingesetzt, um hochauflösende und präzise Winkelerfassungen zu erreichen, während der Ultraschallsensor NCV75215 während der Haltephasen des AMR Abstandsmaße zu Hindernissen liefert.

Im Leistungs-Subsystem ist der FAN65008B ein PWM-Abwärtsregler mit integrierten MOSFETs, der in der Lage ist, die für das AMR benötigten Leistungsstufen mittels der 48V-Batterie zu erzeugen. Der FAN65008B umfasst eine Reihe von Schutzschaltungen, darunter Überstromschutz (OCP), thermische Abschaltung (TSD), Überspannungsschutz (OVP), Unterspannungsschutz (UVP) und Kurzschlussschutz (SCP). Das Leistungs-Subsystem umfasst auch die Batteriekontrolle und eine kompakte Ladelösung, die auf bridgeless Totem-Pole NCP1681 und e-Fuse NIS3071 basiert, sowie die Stromüberwachung.

Das Kommunikationssubsystem umfasst den NCN26010, einen Multi-Drop Ethernet 10Base-T1S Transceiver, der mit dem IEEE 802.3cg Standard konform ist und MAC, PLCA und Reconciliation Sublayer (RS) beinhaltet. Der 10Base-T1S dient als Rückgrat, das alle AMR-Subsysteme verbindet. Schließlich bietet der Einsatz des NVIDIA® Jetson™ als Steuerungseinheit ein gut integriertes Beispiel dafür, wie die Subsysteme von onsemi die Implementierung des Robot Operating System (ROS) als Docker-Container ermöglichen.

onsemi fertigt AMRs unter Verwendung von DIN-Schienen, um die Hinzufügung neuer Produkte und Funktionen zu erleichtern, was die kontinuierliche Integration weiterer Sensoren ermöglicht. Darüber hinaus können sie das Stromversorgungssystem erweitern, indem sie das neue onsemi-Elektroniksicherung-Produkt, e-Fuse NIS3071, verwenden.

onsemi arbeitet mit Unternehmen zusammen, die onsemi Bildsensoren und LiDAR-Technologie in ihre Kamerasysteme integrieren, und ermöglicht so die Fusion von Bildsensierung und Tiefenerkennung in einem einzigen System. Diese Kooperation zielt darauf ab, diese Kunden besser zu unterstützen und onsemis Algorithmen oder Funktionalitäten in ihre Systeme zu übertragen.

Die AMRs von onsemi arbeiten mit Nvidia zusammen, um weitere Einblicke in die Ausführung von ROS (Robot Operating System)-Umgebungen auf Nvidia Jetson zu gewinnen und das erforderliche Niveau der Treiber zu bestimmen. Außerdem untersucht onsemi Nvidia Omniverse™ und Isaac Sim™ für Robotersimulation und synthetische Daten, die entscheidend für ein sicheres AMR-Design sind. Simulationsumgebungen werden verwendet, um mobile Roboter basierend auf Syntectica-Daten zu trainieren (Hindernisse, die eine sichere Navigation für mobile Roboter erfordern). Diese Simulationsumgebungen können auch genutzt werden, um die energieeffizientesten Routen zu navigieren, die Zeit zwischen den Ladevorgängen zu verlängern oder Lademöglichkeiten zu nutzen, indem sie die Vorteile von onsemi durch energiesparende und intelligente Sensorik in AMR-Subsystemen hervorheben.

Derzeit können sich AMRs frei um Menschen herum bewegen, da physische Barrieren weitgehend beseitigt wurden, was sie sehr sicher und effizient macht. Diese Roboter können in Umgebungen wie Lagerhäusern und/oder Büros mit kontrollierter Beleuchtung und ebenen Böden arbeiten. Zukünftige AMRs werden sich jedoch weiterentwickeln, um sich an jede Umgebung anpassen zu können, ähnlich wie Menschen.

Darüber hinaus ist eine echte Einsatzflexibilität ein entscheidendes Merkmal für den Erfolg von AMRs, da eine Schnittstelle erforderlich ist, um den Roboter anzuweisen oder zu trainieren, was zu tun ist, ohne dass Programmierung erforderlich ist. Fortschritte in der Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP), intelligente und effiziente Hardware-Sensoren sowie Verbesserungen in Leistung und Steuerung werden in AMRs integriert, um allgemeine Aufgaben zu erfüllen. Dies wird es künftigen Robotern ermöglichen, manchmal CNC-Maschinen zu bedienen und zu anderen Zeiten Produkte zu verpacken. Beispielsweise können AMRs in landwirtschaftlichen Umgebungen nicht nur Unkraut jäten, sondern auch reifes Gemüse ernten und es dann zum Versand verpacken.

Da die Robotikindustrie in unserem täglichen Leben immer effizienter und zuverlässiger wird, wird onsemi weiterhin Technologien entwickeln, die in AMRs integriert werden können. Diese Technologien umfassen Module für Bewegung, Sensoren, Energie, Beleuchtung und Kommunikationsuntereinheiten, die es Robotern ermöglichen, sich zu bewegen, zu beobachten und sicher mit minimaler menschlicher Interaktion zu arbeiten. onsemi minimiert diese Komplexität durch zuverlässige intelligente Power- und Sensortechnologien und bietet wesentliche Bausteine für Ihre Designs, die es wert sind, weiter erforscht und übernommen zu werden.