机器人走入平常百姓家

家事机器人成为家庭的新宠儿

所谓的机器人，并不是专指“人形”机器人，而是各种外型各异、能够自主工作、替代人类工作的机器人。早期机器人主要应用于工厂，替代人类处理一些繁重、重复性的工作。如今，随着技术的进步与成本的降低，机器人技术也逐渐走进平常百姓家，例如割草机器人、扫地机器人已经成为当前热销的产品，协助人们处理一些重复性的家务工作。

常见的割草机器人、扫地机器人被归类为自动导引机器人（Automated Guided Vehicle Robot, AGV Robot），具备自动寻找路径、自主移动执行任务的功能，其主要的组成部分，包含雷达、电机、控制器、各种传感器（红外、距离、碰撞、跌落……）、电源等零组件所构成，当然软件部分结合智能AI功能，能够自主判断除草／扫地的范围、回避障碍物、归位充电等，让这种能够自动导引处理家事的机器人，成为家庭的新宠儿。关于AGV机器人应用，市面上已经有不少的相关产品，我们将为您重点介绍几款解决方案。

割草机器人取代乏味的人类劳动

修剪草坪是一项乏味且是一个全年都得做的工作，割草机器人可以在草坪或花园中自主移动并完美地割草，取代乏味的人类劳动工作。由ST推出的解决方案包括多种高性能的STM32微控制器、功率MOSFET、栅极驱动器和集成电机驱动器，以及一系列硬件和软件评估和开发工具，以帮助设计适用于各种类型的高效电机控制解决方案，以及用于移动割草机器人的轮子和切割刀片的电机（例如三相无刷和有刷直流）。

此外，ST还拥有一系列AC-DC和DC-DC电源转换和电池充电解决方案，以及广泛的环境、运动和接近传感器产品组合，非常适合开发更智能的割草机器人。以Integra Sources所设计的割草机器人为例，使用了ST带有Cortex-M4内核的STM32F4系列MCU，以及采用FreeRTOS于固件开发，带有Visual GDB插件的Microsoft Visual Studio使用C/C++于固件实现，采用Altium Designer IDE用于原理图和PCB设计，使用带有DVP总线的CMOS传感器（摄像机），该设备可以使用WiFi或3G连接连接到云（服务器），其第一个原型还具有用于与基站通信的无线模块，和带有用于GUI的触摸屏的LCD。对于精确定位，使用了GPS、加速度计、陀螺仪、指南针（磁力计）和计算机视觉算法。

这台割草机器人具有图形界面，充电仅需一小时，并具有智能的自主工作流程，能进行状态监测与事件警报，它也具备对象检测功能，能够使用计算机视觉算法识别草及其颜色，通过加速度计、陀螺仪、磁力计和GPS组成的多传感器系统，用于检测割草机的位置，并在电池电量耗尽时自行充电。

完整解决方案加速产品开发

高质量的扫地机器人或割草机器人设备，需要具备高效率、最长的电池寿命以及高可靠性和坚固性，这实现了基本的区域清洁或切割功能，以及与智能手机的安全无线连接，以设置工作时间表和进行软件升级。

针对上述的需求，NXP也推出相关的解决方案，NXP的MCU具有高性能处理和精确电机控制、低功耗无线连接选项，以及相互认证产品的安全性，确保设计安全、强大和高效的机器人设备。

针对扫地机器人方案，NXP推出采用i.MX 8M系列的Arm^® Cortex^®-A53、Cortex-M4，负责处理音频、语音、视频，以及具有Arm^® Cortex^®-M7内核的i.MX RT1050 Crossover MCU、基于Arm^® Cortex^®-M4的高性能电机／电源转换Kinetis KV4x-168 MHz MCU，无线模块则采用88W8987这个2.4/5 GHz双频1x1 Wi-Fi^® 5 5 (802.11ac)结合蓝牙^®​5.2解决方案，或是IW416这个2.4/5 GHz双频1x1 Wi-Fi^® 4 (802.11n)结合蓝牙® 5.1解决方案。在家庭局域网（Home Area Network, HAN）则使用JN5189/88 (T)这款用于Zigbee^®和具有内置NFC选项Thread协议的高性能和超低功耗MCU，以及QN9090/30这个具有Arm^® Cortex^®-M4 CPU，具有能效、模拟和数字外设，以及NFC标签选项的低功耗蓝牙MCU。此外还有搭配PMIC、负载开关、安全性（EdgeLock离散组件）、温度感应器、LED驱动器、加速度计、电机驱动器、流量／压力传感器、实时时钟等零组件。

在割草机器人方面，NXP采用具有Arm^® Cortex^®-M7内核的i.MX RT1050 Crossover MCU，以及i.MX7ULP这个带图形的超低功耗i.MX 7ULP系列，无线模块则与上述扫地机器人相同的88W8987或W416解决方案，以及JN5189/88 (T)家庭局域网方案，此外还有搭配交直流转换器、PMIC、安全性（EdgeLock离散组件）、温度感应器、电机驱动器、LED驱动器、实时时钟等零组件。

具备AI能力的自主机器人方案

除了扫地机器与割草机器人外，许多在工厂、仓库、医院中也应用各种类型的机器人，结合人工智能的机器人将在工作场所中具有感知、思考和行动的能力。Nvidia推出的Isaac机器人平台将这种级别的AI带入这些机器人中，包括AGV和自主移动机器人（Autonomous Mobile Robot, AMR）。

当今的生产和物流环境以移动平台为其特色，这意味着需要更高的灵活性和效率，通过避免碰撞和停机来提高生产力。SICK公司通过坚固耐用的传感器和智能软件支持Nvidia的Isaac机器人平台，以确保AGV和AMR能够安全、自主且经济高效地运行。其中一个重要组成部分是根据情况调整行驶速度，以便移动平台保持运动，传感器提供的数据还可用于定位和导航。

其中SICK公司的EFI-pro安全系统能够对AGV、机器人和其他具有挑战性的应用进行智能保护，基于工业以太网的EFI-pro网络技术能够在所有通信级别中快速交换和传输安全和非安全数据，其核心组件是EFI-pro网关，它可确保安全、快速地集成来自SICK的创新传感器解决方案，以及通过EtherNet/IPTM CIP SafetyTM将机器人控制直接集成到Flexi Soft安全控制器中，因此，Safe EFI-pro系统是实施工业4.0的关键推动因素。

Safe AGV Forklift则是具有升降叉的AGV的高效安全解决方案，可以容易地安装在带有驱动轮的自动起重叉车上，安全激光扫描器与速度和方向无关的保护区域切换，可防止停机，并减缓部件磨损。解决方案阻止了符合标准的自动装载和卸载，由于使用了安全编码器，车辆可以在升降叉以安全降低的速度下降的情况下继续行驶，并使带有起重叉的AGV全自动和安全操作成为可能。

激光测距传感器进行精准测距

机器人应用中的关键组件之一便是各种传感器，用于侦测机器人周遭的环境状况。由ST推出的VL53L1X是最先进的飞行时间（ToF）激光测距传感器，增强了ST FlightSense™产品系列。它是市场上速度最快的微型ToF传感器，准确测距可达4 m，测距频率可达50 Hz，采用可回流焊的微型封装，带集成透镜的SPAD（单光子雪崩二极管）接收阵列、940 nm不可见光Class1激光发射器、物理红外滤光片和光学组件，通过一系列覆盖窗选项在各种环境照明条件下实现最佳测距性能。

与传统的红外传感器不同，VL53L1X使用ST最新一代的ToF技术，无论目标颜色和反射率如何，都可以进行绝对距离测量，还可以对接收阵列上的感兴趣区域（ROI）大小进行编程，提供来自主机的多区域操作控制，从而减少传感器的视场（FoV）。

VL53L1X是完全集成的微型模块，尺寸仅有4.9x2.5x1.56毫米，内置运行高级数字固件的低功耗微控制器，可引脚对引脚兼容于VL53L0X FlightSense™测距传感器，快速准确的进行远距离测距，典型的全FoV为27°，可以隐藏在许多盖窗材料后面，并提供用于交钥匙测距的软件驱动程序和代码示例，使用单电源（2v8），具有I²C接口（高达400 kHz）与关断和中断引脚。

超声波传感器拥有优异性能表现

在测距应用中，超声波传感器也具有相当优异的性能表现，超声波传感器在空气中发射超声波，并从物体上反射回来，然后反射声波被传感器接收。该技术用于检测防盗报警器和自动门中的物体，以及用于汽车停车辅助系统中的距离测量，也可用于机器人的距离量测。

多年来Murata独特的压电陶瓷技术的持续发展，使该公司能够将各种紧凑型高性能超声波传感器产品线商业化。Murata推出多种超声波传感器，包括开放式结构超声波传感器，其特点是一个复合振荡体，将振荡器（将金属板和压电陶瓷结合在一起）与谐振器相结合，该主体弹性地固定在底座上并容纳在外壳中，谐振器呈漏斗状，可有效地将振荡体产生的超声波辐射到空气中，并将来自空气的超声波有效地集中在振荡器的中心，“声压”是开放式结构超声波传感器最重要的参数，在距离测量应用中，超声波传感器的声压越高，传感器的侦测范围越远。

SMD（Surface Mount device）型超声波传感器由于小型化从而可控制声压损失，因此可测量中间范围的距离。小型化的SMD型超声波传感器成功地实现了最小的安装空间，提高了设计的灵活性。

雷达可进行亚毫米级精准测距

雷达已被证明是一种强大的传感器，可用于消费电子、医疗保健、监控、驾驶员辅助和工业应用中的短距离定位和生命体征跟踪。英飞凌针对相关应用也推出了创新的XENSIV™ 60 GHz雷达传感器，可以高速、准确地跟踪亚毫米级运动，它安装在可大规模生产的芯片上，可用于各种移动、可穿戴和固定设备，凭借其小尺寸和低功耗，英飞凌高度集成的雷达传感器解决方案为许多应用带来了创新、直观的传感功能。雷达可支持现有应用，同时提供支持全新用例的功能，它可测量水平和垂直的速度、范围和角度，以实现精确的位置映像和3D跟踪。

机器人行业正在蓬勃发展，在制造、物流等领域创造了大量新机遇，无论是工业机器人、协作机器人还是AGV，机器人变得越来越机动，为传统晶圆厂以外的行业带来灵活性和效率的巨大潜力，包括电子商务自动化和物流。英飞凌针对机器人应用推出完整的解决方案，无论是电源管理、电机驱动器、通信、环境感测以及位置和条件传感器、还是定制的安全和安保解决方案，英飞凌的半导体解决方案将继续成为广泛的机器人功能和应用的关键推动者。

结语

家用扫地／割草机器人已经成为当前最热销的家电产品之一，市场发展潜力惊人，本文介绍的各家解决方案，将有助您加快相关产品的设计速度，尽早抢占市场商机，值得您进一步深入了解与参考。