La direction de développement et les solutions des robots mobiles autonomes

Dans la vie quotidienne des gens, les robots sont passés des applications industrielles aux applications commerciales. Dans de nombreux restaurants, on peut voir des robots assister dans la livraison des repas. Dans de nombreux centres commerciaux, les robots jouent également des rôles tels que l'accueil des invités et la fourniture d'orientations. Cela représente la maturité progressive des technologies associées et la baisse des coûts, entraînant une popularité croissante des applications robotiques. Cet article présentera le développement des applications robotiques et les solutions connexes introduites par onsemi.

Avec le développement continu de la technologie, l'interaction entre les humains et les robots continuera de croître. Des robots collaboratifs (cobots) qui préparent le café pour vous dans le café local le matin aux robots mobiles autonomes (AMRs) se déplaçant dans les entrepôts pour récupérer des colis, ces différents types de robots collaboratifs peuvent jouer de nombreux rôles dans notre vie quotidienne.

Les AMR sont un type de système robotique capable d’exécuter des tâches de manière autonome et de se déplacer dans leur environnement. Ces robots possèdent généralement des capacités de perception, de prise de décision et d’exécution, leur permettant de s’adapter à différents environnements et d’accomplir diverses tâches avec une intervention humaine minimale. Les AMR sont largement utilisés dans des industries telles que la fabrication, les services, les soins de santé, l’agriculture, etc., dans le but d’améliorer l’efficacité, de réduire les coûts et d’accroître la sécurité.

Ces types de robots sont composés de plusieurs composants complexes, incluant principalement des systèmes de perception, des systèmes de prise de décision et des systèmes d'exécution. Le système de perception comprend des capteurs capables de percevoir l'environnement, tels que des caméras, LiDAR, capteurs infrarouges, etc., qui sont utilisés pour recueillir des informations sur l'environnement environnant. Le système de prise de décision utilise les informations obtenues par le système de perception pour les analyser, en association avec des algorithmes de décision et des logiciels, permettant au robot de comprendre l'environnement, planifier des trajectoires et exécuter des tâches. Le système d'exécution comprend des actionneurs qui contrôlent les actions du robot, tels que des moteurs, des systèmes hydrauliques, etc., qui sont utilisés pour effectuer les mouvements et opérations du robot dans l'environnement.

La direction de développement futur des AMRs englobe divers aspects. Grâce à des technologies d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique plus puissantes, les robots seront mieux équipés pour s'adapter à des environnements complexes et dynamiques, améliorant les capacités de prise de décision et la flexibilité des actions autonomes. De plus, les AMRs futurs pourraient se concentrer davantage sur la planification de la collaboration en équipe et le travail collaboratif pour accomplir des tâches plus complexes. Cela implique un développement supplémentaire de la prise de décision distribuée entre les robots et des protocoles de communication, ainsi qu'une interaction efficace entre les robots et les humains pour exécuter des tâches plus complexes et collaboratives.

En regardant vers les tendances de développement futur, les applications de robots feront progresser davantage les technologies de perception intelligente de haut niveau, telles que la vision 3D, la reconnaissance sonore, la détection tactile, la perception olfactive, etc. Ces avancées visent à améliorer les capacités du robot à percevoir l'environnement et à renforcer les aptitudes de navigation et de positionnement des AMR dans des environnements inconnus ou dynamiques. Cela inclut une identification plus précise du terrain, des obstacles et d'autres objets en mouvement pour faire face à des scénarios complexes et dynamiques. De plus, l'utilisation des technologies de réalité augmentée et de réalité virtuelle permettra d'améliorer les capacités de perception et d'opération du robot dans le monde réel, tout en fournissant de meilleurs outils pour les opérations et la formation à distance.

Pour prolonger le temps de fonctionnement des robots, améliorer l'efficacité énergétique et la durabilité, l'accent sera mis sur la recherche de l'efficacité énergétique des robots et le développement de technologies de charge autonome plus avancées pour prolonger leurs heures de travail. De plus, l'exploration de solutions énergétiques autonomes, telles que la charge solaire ou d'autres technologies énergétiques innovantes, réduira la dépendance vis-à-vis des installations de charge externes. En outre, pour répondre aux besoins de différents domaines d'application, l'accent sera mis sur le développement d'AMR personnalisés dotés de davantage de fonctions et d'adaptabilité.

D'autre part, les gens accordent également une importance considérable à la sécurité et aux considérations éthiques des robots. Il devrait y avoir une plus grande attention portée à l'amélioration de la sécurité des AMR lors de leur interaction avec les humains, en veillant à ce qu'ils puissent se conformer aux réglementations pertinentes et aux directives éthiques dans les environnements où ils coexistent avec les humains. Cela inclut le respect des principes moraux, la protection de la vie privée et le respect de la dignité humaine. De plus, une attention accrue devrait être accordée à la sécurité des robots, ce qui pourrait également impliquer l'élaboration de réglementations et de directives éthiques.

Les robots évolueront également vers des AMR plus spécialisés et personnalisés pour répondre aux besoins spécifiques de certaines industries ou secteurs, tels que la santé, la logistique, l'agriculture, etc. De plus, l'intégration des AMR avec la technologie Internet des objets (IoT) permettra d'atteindre des niveaux d'automatisation et d'intelligence plus élevés, permettant aux robots de mieux collaborer avec d'autres dispositifs et systèmes.

onsemi est une entreprise de composants semi-conducteurs avec une large gamme de lignes de produits. En réponse au développement des applications robotiques, onsemi a développé une démonstration d'un AMR. Cette démonstration est issue du développement de solutions de sous-systèmes, représentant une conception de robot complète utilisant des produits innovants de onsemi. En combinant les diverses solutions de détection et d'alimentation intelligente de onsemi, ce concept peut être utilisé pour concevoir divers types de robots, robots collaboratifs, outils électriques et véhicules guidés automatisés.

onsemi produit des cartes d'évaluation (EVBs) et des plateformes de développement pour les applications robotiques utilisant ses propres produits. Ces plateformes sont utilisées pour les sous-systèmes AMR, incluant le mouvement, les capteurs, l'alimentation, l'éclairage et la communication. Elles forment une base mobile autonome avec l'unité de contrôle, capable de naviguer dans son environnement et de replanifier en toute sécurité les trajets autour des obstacles lorsque cela est nécessaire, en utilisant des fonctionnalités d'évitement de collision. Afin de pouvoir mettre à niveau et utiliser les dernières cartes d'évaluation d'onsemi, et inclure certains produits personnalisés d'onsemi (tels que des caméras), les AMRs utilisent des rails DIN pour monter les cartes d'évaluation et des supports à rotule ¼-20 pour monter les capteurs.

Dans le sous-système d'éclairage, il est possible de transmettre l'état, le statut et les intentions de l'AMR aux personnes environnantes. Dans les applications de gestion d'inventaire pour la vente au détail intelligente, le système d'éclairage peut également être utilisé pour éclairer les produits dans des magasins sombres. Le pilote de courant linéaire NCV7685 et le pilote intelligent pour LED NCL31000 sont utilisés à ces fins, y compris pour des fonctions de communication par lumière visible et des cartes d'évaluation de positionnement en intérieur.

Le sous-système de mouvement inclut le driver de grille triphasé polyvalent 60V NCD83591 d'onsemi, ainsi que le régulateur de tension CMOS LDO NCP730 avec un courant de repos extrêmement faible, une réponse transitoire rapide, et une large plage de tensions d'entrée et de sortie, ainsi que la dernière solution Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM conçue pour des applications compactes et efficaces avec une haute performance thermique, utilisée pour la commande de moteur BLDC.

Dans le sous-système de capteur, le capteur d'image numérique CMOS 2Mp de 1/2,6 pouces AR0234 et le capteur d'image numérique CMOS à pixels actifs de 1/3,2 pouces AR1335 sont utilisés. De plus, le capteur de position angulaire NCS32100 est employé pour atteindre une détection angulaire haute résolution et haute précision, tandis que le capteur ultrasonique NCV75215 fournit des mesures de distance des obstacles pendant les périodes d'arrêt de l'AMR.

Dans le sous-système d'alimentation, le FAN65008B est un régulateur abaisseur PWM avec des MOSFET intégrés, capable de fournir les niveaux de puissance requis pour l'AMR à travers la batterie 48V. Le FAN65008B comprend une gamme de circuits de protection, notamment la protection contre les surintensités (OCP), l'arrêt thermique (TSD), la protection contre les surtensions (OVP), la protection contre les sous-tensions (UVP) et la protection contre les courts-circuits (SCP). Le sous-système d'alimentation inclut également une surveillance de la batterie et une solution de charge compacte basée sur le totem sans pont NCP1681 et e-Fuse NIS3071, ainsi que la surveillance du courant.

Le sous-système de communication inclut le NCN26010, un transceiver Ethernet 10Base-T1S multi-drop conforme à la norme IEEE 802.3cg, comprenant MAC, PLCA et la couche de réconciliation (RS). Le 10Base-T1S sert de colonne vertébrale connectant tous les sous-systèmes AMR. Enfin, l'utilisation du NVIDIA® Jetson™ comme unité de commande fournit un exemple bien intégré de la façon dont les sous-systèmes de onsemi permettent la mise en œuvre du Robot Operating System (ROS) en tant que conteneur Docker.

onsemi fabrique des AMRs utilisant des rails DIN pour faciliter l'ajout de nouveaux produits et fonctionnalités, permettant une intégration continue de capteurs supplémentaires. De plus, ils peuvent étendre le système d'alimentation en utilisant le nouveau produit fusible électronique de onsemi, e-Fuse NIS3071.

onsemi collabore avec des entreprises intégrant les capteurs d'image et la technologie LiDAR d'onsemi dans leurs systèmes de caméra, permettant ainsi la fusion de la détection d'image et de la perception de profondeur en un seul système. Cette collaboration vise à mieux soutenir ces clients et à transférer les algorithmes ou fonctionnalités d'onsemi dans leurs systèmes.

Les AMRs de onsemi collaborent avec Nvidia pour approfondir leur compréhension des environnements ROS (Robot Operating System) fonctionnant sur Nvidia Jetson et déterminer le niveau de pilotes requis. De plus, onsemi explore Nvidia Omniverse™ et Isaac Sim™ pour la simulation de robots et les données synthétiques, essentielles à la conception sécurisée des AMRs. Les environnements de simulation sont utilisés pour former les robots mobiles sur la base des données Syntectica (obstacles nécessitant une navigation sécurisée pour les robots mobiles). Ces environnements de simulation peuvent également être utilisés pour naviguer sur les trajectoires les plus économes en énergie, prolonger le temps entre les recharges de batterie ou tirer parti des opportunités de recharge en mettant en avant les avantages de onsemi grâce à l'économie d'énergie et à la détection intelligente dans les sous-systèmes des AMRs.

Actuellement, les AMR peuvent naviguer librement autour des personnes, car les barrières physiques ont été largement éliminées, ce qui les rend assez sûrs et efficaces. Ces robots peuvent fonctionner dans des environnements tels que les entrepôts et/ou les espaces de bureau avec un éclairage contrôlé et des sols de niveau. Cependant, les AMR du futur continueront d’évoluer pour s’adapter à tout environnement, tout comme les humains.

De plus, une véritable flexibilité de déploiement est une caractéristique clé pour le succès des AMRs, nécessitant une interface pour indiquer ou former le robot sur ce qu'il doit faire sans avoir besoin de programmation. Les avancées en traitement du langage naturel (NLP), en capteurs matériels intelligents et efficaces, ainsi que les améliorations en matière de puissance et de contrôle, seront intégrées aux AMRs pour exécuter des tâches générales. Cela permettra aux robots futurs d'exploiter parfois des machines CNC et à d'autres moments d'emballer des produits. Par exemple, dans des environnements agricoles, les AMRs peuvent non seulement désherber mais aussi récolter des légumes mûrs, puis les emballer pour l'expédition.

Alors que l'industrie de la robotique continue de devenir plus efficace et fiable dans notre vie quotidienne, onsemi continuera à développer des technologies pouvant être intégrées dans les AMR. Ces technologies incluent des modules pour le mouvement, les capteurs, l'alimentation, l'éclairage et les sous-systèmes de communication, permettant aux robots de se déplacer, d'observer et de fonctionner en toute sécurité avec une interaction humaine minimale. onsemi minimise cette complexité grâce à des solutions fiables d'alimentation et de détection intelligentes, fournissant des blocs de construction essentiels pour vos conceptions, dignes d'une exploration et d'une adoption approfondies.