飛碟狀的Roomba Discovery機器人吸塵器是美國iRobot公司Roomba系列機器人中的高端產(chǎn)品,在任務(wù)完成或電力不足時能夠自動返回充電基座充電馁雏。該產(chǎn)品附帶一個無線遙控器,可遠(yuǎn)在20英尺(約6米)以外控制操作真仲。

在清掃方面,這款Discovery機器人主要依賴一個攪拌器桿(beater bar)和毛刷設(shè)計以及一圈鞭狀毛刷,可徹底清掃墻邊角落。它采用無紙袋集塵箱來收集所有的垃圾戳护。盡管沒有傳統(tǒng)的高吸力,在我們非常有限的測試運行中,Discovery的集塵工作完成十分出色。

在移動性方面,則采用雙輪驅(qū)動機制,并另附有一個轉(zhuǎn)輪瀑焦。這三個輪子都具有基本的彈簧懸掛裝置(可進(jìn)行自動高度調(diào)節(jié))腌且。這種驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)提供了移動性,并只需簡單的直流電機即可,但滾輪控制不是單純的開或關(guān)這么簡單。在轉(zhuǎn)輪裝置里有一個用來檢測輪子旋轉(zhuǎn)速度的截光器(optical chopper),通過計算發(fā)射器/檢測器光電路中轉(zhuǎn)輪葉片的中斷來監(jiān)控輪子的速度榛瓮。這種監(jiān)控還能提供控制轉(zhuǎn)向(通過使一個轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)速度快于另一個來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向)所需要的反饋,從而建立一種內(nèi)部基本“映射”,反映出房間的哪些區(qū)域已被清潔,還有哪些地方仍需注意铺董。通過這種跟蹤探測,Discovery能夠確保自動吸塵中不會漫無目的地亂走一氣。

關(guān)鍵技巧所在

要讓制作的機器人吸塵器具有實用性,關(guān)鍵技巧在于對周圍環(huán)境的了解禀晓。當(dāng)Roomba碰到障礙物或物體邊緣時,由一個邊緣檢測裝置進(jìn)行“減震”并打開轉(zhuǎn)輪標(biāo)記(wheels flag)柄粹。更重要的是,該裝置在機體四周使用了四個紅外(IR)發(fā)射器/檢測器探頭,這四個探頭不斷檢測是否有像樓梯這樣的會使Roomba跌落的邊緣,以避免跌落損壞。當(dāng)裝置立足處是實實在在的地板時,發(fā)射器發(fā)出的紅外信號將反射回檢測器匆绣。但若某一發(fā)射器下是一塊空地,將無紅外信號反射回來,表明可能有危險,于是就讓Roomba倒退或停止以保護(hù)自己。整個裝置操作簡單什黑、具智能性并價格低廉崎淳。

此外,“灰塵檢測”功能也是智能性的一種表現(xiàn)。由于地板上總有一些地方特別臟,Roomba會加長對該地方的清潔時間伺罗。一旦這種地方得到充分清潔后,該檢測功能會通知Roomba可以繼續(xù)前行了寨衣。

上面提到的感測解決方案是一種極棒的低端方案。Discovery整合了一對基本壓電麥克風(fēng),讓這兩個價廉的壓電盤式揚聲器(和玩具及會說話的賀卡中采用的相同)彼此相反奇巍。壓電器件的表面向外進(jìn)入設(shè)備底部的清潔腔,以便于“聆聽”塵屑的聲音,當(dāng)碰到灰塵和碎屑時,產(chǎn)生小電壓遇托。若這些硬幣大小的塵屑撿拾器及其相關(guān)運算放大器在清潔區(qū)域生成一個標(biāo)記,意味著需要更大的清潔力度债烹。一切歸于寧靜時,Discovery推斷所有塵屑已被收集完畢,然后繼續(xù)前行。

圖:Roomba Discovery機器人吸塵器的內(nèi)部解剖圖

高集成度的控制管理

該電子設(shè)備令人驚異地把設(shè)計中所需的所有傳感器監(jiān)控笔广、電機驅(qū)動闪侨、算法處理和常規(guī)控制集于一體,通過一個先進(jìn)的飛思卡爾16位微控制器MC9S12E128CPV來進(jìn)行控制管理。除了CPU內(nèi)核外,這一部件還包含128kb的閃存,8kb的RAM,以及大量外設(shè)模塊,比如計時器灿西、D/A轉(zhuǎn)換器挑明、多通道A/D轉(zhuǎn)換器和若干串行接口。該MCU的內(nèi)部數(shù)字電源電壓(2.5V)由一個片上穩(wěn)壓器產(chǎn)生善婉。在22.5mm×5cm的控制器板上,除了幾個信號調(diào)節(jié)運放組件和用于電機驅(qū)動的眾多功率晶體管之外,就只有分立式元件沪翔。

這款Discovery產(chǎn)品還隨附一個包含了紅外(IR)發(fā)射器的充電基座。該發(fā)射器作為Roomba的信標(biāo),讓它可以自動尋找充電基座所在的地方,時間到了就回家充電抄瓦。Discovery中還有兩個電池供電的可創(chuàng)建虛擬墻的裝置,能夠限制清掃范圍,避免吸塵器進(jìn)入禁止地帶潮瓶。

所有這些外設(shè)都包含有自己的利用低成本芯片細(xì)線組裝的小型電路板裝置。充電基座還包括一個額外的電路,用來解決吸塵器的14.4V NiMH電池模塊的充電控制問題,這個電池模塊為整個系統(tǒng)提供能源,占了Discovery重量的很大比例钙姊。

Discovery設(shè)計的復(fù)雜性有很大部分是機電方面的,尤其是傳感器毯辅、開關(guān)、電機及其相關(guān)連線的集成摸恍。不客氣地說,連線的復(fù)雜性大得可怕悉罕。要保證最終產(chǎn)品的成本效益,唯一的辦法是采用低成本勞力進(jìn)行生產(chǎn)(該設(shè)備在中國生產(chǎn))。

Roomba Discovery把一種主要算法增值引入到了電機驅(qū)動立镶、障礙檢測和除塵功能的基本構(gòu)架中壁袄。價廉的傳感器解決方案,功能多樣化的MCU和低成本勞力的最終組裝,這三者的結(jié)合創(chuàng)建出了一種非常實用的低于300美元的家庭機器人。

Roomba在互連方面非常復(fù)雜媚媒。雖然半導(dǎo)體方面的復(fù)雜性主要集中在飛思卡爾的多外設(shè)控制器上,但大量的傳感器及附加電路板需要插頭連接器以連接回中央電路板,這就意味著需要大量的電纜線束嗜逻。由于這些電纜中大部分都是用于驅(qū)動和吸塵器電機的?D而它們都是在主電路板上進(jìn)行能量驅(qū)動的?D因而必須解決大電流噪聲管理問題,采用一個Samxon的電解濾波器電容就可以消除噪聲。

在灰塵檢測板上,壓電式塵屑拾取器的低電平信號必須保持純凈,故在這里噪聲管理也十分重要缭召。設(shè)計中采用了一對比較昂貴的但更有效的AVX鉭電容,以避免對灰塵檢測的不良影響栈顷。總而言之,這種強有力的混合信號特性在整個設(shè)計中產(chǎn)生了對其它無源器件的大量需求嵌巷。

作者:David Carey

總裁

Portelligent公司

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)辐菩，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)恋都，也不構(gòu)成任何其他建議处膛。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳程伞，對此類作品本站僅提供交流平臺胆抓，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片辽察、文字如涉及作品版權(quán)問題敌痴，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容腰步，以保證您的權(quán)益溪臊！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。