服务型机器人在社会中的@@作用越来越重要@@，广泛见于诸如从运输和@@仓储物流到家庭娱乐和@@安全应用的@@各个领域@@。但无论是哪种应用@@，机器人都需要实时感知周边环境的@@变化@@，以确保安全@@，同时提供积极的@@用户体验@@。
本期推文就以代表服务型机器人的@@扫地机器人@@@@ (RVC) 为例@@，介绍@@TDK的@@SmartSensor系列传感器@@和@@其丰富多彩的@@传感器@@技术@@在服务型机器人领域的@@应用方案@@。
早期版本的@@扫地机器人@@智能程度@@不高@@，存在诸多缺陷@@，例如@@无法正确规划清扫路线而导致清扫范围不全面@@，或@@者是清扫途中因剩余电力不足而停止在原地@@。而且其尘盒通常比传统有线吸尘器要小@@，无法即时感知尘满状态@@，导致无效清扫的@@情况时有发生@@。近年来@@，随着传感器@@和@@电机控制器创新技术@@的@@应用@@，扫地机器人@@的@@性能也得到了极大的@@提升@@，变得更加智能@@，具备@@了以下特点@@。
高精度@@移动@@
不管扫地机器人@@如何变化@@，其基础都是高精度@@移动@@@@。对此@@，TDK提供能直接控制各种步进电机@@、有刷@@ (BDC) 和@@无刷@@ (BLDC) 直流电机的@@智能@@HVC 4222F嵌入式电机控制器@@。它们能精确控制驱动转动齿轮的@@电机@@，以确保扫地机器人@@的@@车轮始终朝正确的@@方向移动@@。高精度@@控制对于确保扫地机不偏离预定路线至关重要@@，此类机械要素的@@高精度@@控制与传感器@@的@@搭载与否无关@@，精确知晓车轮转动的@@角度@@@@ (比如@@是@@90度@@而非@@88度@@) 对于确保扫地机器人@@在某个时段内处于适当的@@位置至关重要@@。
检测地板类型@@、陡峭断面和@@障碍物@@
超声波@@飞行时间@@ (ToF) 传感器@@ (例如@@CH101和@@CH201，可分别在最远@@1.2米和@@@@5米范围内精确测量目标距离@@) 会发出超声波@@脉冲@@，并在传感器@@视场@@ (FoV) 监听物体反弹的@@回波@@。随后@@，内置处理单元会通过计算超声波@@的@@飞行时间来确定目标距离@@，并发送到外部控制单元@@。与光学距离传感器@@不同@@，超声波@@传感器@@能在任何照明条件@@ (包括黑暗环境@@) 下工作@@，具有毫米级的@@测量精度@@@@，且不受目标颜色的@@影响@@，即使是玻璃等透明物体也不例外@@。用于长距离检测的@@@@CH201可帮助扫地机器人@@在无论昼夜环境下都能够精确探测到任何移动和@@静止的@@物体@@，以便其及时改变行走路线避免发生碰撞@@；另一款用于短距离检测的@@@@CH101超声波@@ToF传感器@@则可帮助扫地机器人@@确定不同的@@地板类型@@。因为表面软硬程度@@不同的@@物体@@，其反射回的@@超声波@@信号振幅也不同@@。当扫地机器人@@从木地板区域移动到铺有地毯的@@区域时@@，传感器@@可以发出指令让电机加速@@，因为在地毯上的@@移动阻力更大@@，需要更强的@@驱动力@@。此外@@，这些传感器@@还能检测到扫地机器人@@是否已移动到楼梯边缘@@，避免摔落@@。
图@@1: 超声波@@传感基础知识@@
路线规划@@
许多扫地机器人@@的@@导航解决方案采用视觉同时定位与地图@@创建@@ (VSLAM) 或@@激光雷达技术@@@@ (LiDAR) 技术@@来构建房间的@@虚拟地图@@@@，以提高@@移动效率@@。但是@@，如果其因某种原因被提起并放在不同的@@地方@@，扫地机器人@@就会忘记自己身在哪里@@。这时@@，它需要沿随机方向移动@@，通过追踪墙壁来重新发现处于地图@@中的@@哪个位置@@。使用惯性测量单元@@ (IMU)，比如@@TDK的@@ICM-42688-P，就能有效克服这个问题@@。
这些六轴运动传感器@@从线性和@@旋转角度@@获取扫地机器人@@的@@滚动@@、俯仰和@@偏航运动@@，然后结合@@动作和@@房间地图@@@@，就能精确定位@@。即使被人提起来放在别的@@地方@@，它也能快速知晓所处真实空间@@中的@@位置@@。对于不使用@@VSLAM或@@激光雷达测绘技术@@的@@扫地机器人@@@@，可使用航位推算法来定位和@@导航@@。通过测量车轮旋转角度@@@@，结合@@IMU的@@惯性测量值和@@@@ToF传感器@@的@@物体检测相结合@@@@，它就能在房间内自行定位@@。
图@@2: 地面@@・高低差@@・障害物检测@@
语音识别@@
如果想在扫地机器人@@上增加带有语音辅助的@@@@AI功能@@，高性能麦克风是必不可少的@@@@。TDK的@@ICS-43434多模数字麦克风具有适合此类应用的@@理想特性@@。但是@@，由于目前扫地机器人@@的@@电机和@@其旋转刷的@@运转噪音有些大@@，麦克风很难识别语音指令@@。如果噪音能够被稍加抑制@@，我们就可以通过@@AI智能实现对扫地机器人@@的@@语音控制@@，例如@@可以口头指示想要清洁的@@区域@@，或@@命令它停止清扫工作@@。对于此类噪音的@@一种解决方案是可以在扫地机器人@@内搭载高级电机控制器@@ (例如@@HVC 4420F)，当麦克风识别到语音指令时@@，此电机控制器可以立即减慢或@@者停止电机以降低噪音@@，这时@@，麦克风就可以对语音指令实现更高精度@@的@@识别@@。
尘满检测并自动充电@@
使用压力传感器@@监测通过尘盒的@@空气流量@@，可以估算出尘盒内的@@垃圾积存情况@@。TDK的@@气压传感器@@@@ICP-10101适用于此类应用@@。当检测到尘盒内的@@气压下降时表明尘盒已满@@，此时可触发扫地机器人@@停止工作并返回充电座@@。一些高端充电座具有自动清扫尘盒功能@@@@，尘盒被清理后@@，扫地机器人@@便可回到其最后停止工作的@@位置并继续清扫@@。
另一方面@@，当电池的@@剩余电量不足@@，达到@@SoC (State of Charge) 水平时@@，电池管理系统可发送指令让扫地机器人@@停止工作并返回充电底座@@。充满电后@@，扫地机器人@@也会回到其最后停止工作的@@位置继续清扫@@。因此@@，理论上无论房间大小@@，扫地机器人@@都能连续运行直至完成计划的@@清扫工作@@。
图@@3: 集尘箱满检测@@
自我检测功能@@@@
TDK的@@NTC热敏电阻是一种温度@@传感器@@@@，可用于监控@@MCU或@@MPU的@@工作温度@@@@，此外@@还可用于监测电机和@@电刷齿轮的@@温度@@@@。一旦刷子被橡胶皮套或@@多余的@@毛发等卡住@@，就会导致电机过度@@补偿运行并过热@@。温度@@传感器@@能够检测机器运行时的@@温度@@状况@@，当发生过热情况时@@，会触发扫地机器人@@暂时停止工作而进行散热@@，还会运行一些系统诊断程序以找出导致过热问题的@@根源@@。
文章来源@@：TDK中国@@