自主移動機器人（AMR）和自動導引車（AGV）是無人駕駛機器人，結合了移動性、感知和連接能力，主要用于運輸和移動各種重量和尺寸的負載，以及其他功能。這些系統可以根據其技術和預期用途與人類進行不同程度的互動，可在人群周圍安全操作，并達到高水平的合作和協作。本文將為您介紹AMR/AGV等智能機器人的發展與趨勢，以及由安森美（onsemi）所推出的相關解決方案。

智能機器人推動工業5.0的制造業數字化發展

隨著行業越來越接近工業5.0，這是制造業數字化的下一階段，對人機交互和機器人功能增強的需求日益增加，其中使用智能機器人的范圍，從機械臂到輪式自主送貨機器人，再到完全可自主行走的人形機器人，應用發展逐漸成熟。智能機器人與傳統工業機器人不同，它們使用許多不同的傳感器、人工智能（AI）和高級算法來與環境互動、檢測障礙物，并與人類和其他機器共同協作。

部署自主機器人的優勢包括提高生產力和效率，用于執行重復和／或耗時的任務，因此人類工人可以專注于更具附加價值的活動。在較輕的有效載荷下，系統可以由12V電池供電，而更高的電壓（例如48V）可用于降低工作電流，從而減少電線尺寸和成本。

如今，得益于人工智能的進步，全球智能機器人市場正在經歷顯著擴張，這使得更復雜的自主機器人得以構建，這些機器人不僅可以部署在倉庫中，還可以部署在戶外和控制較少的環境中。自主機器人可為電子商務、制造業、醫療保健等各個行業提供解決方案，并且可以高度定制。

安全的電池充電器管理和電壓轉換系統

安森美針對智能機器人應用推出了相當完整的智能和移動機器人解決方案，種類相當多樣，以下將針對功能區塊來介紹相關的主力產品。

首先，電池充電器并不是機器人的一部分（機外），通常包括從單相120 – 230 Vac到12-48 V電池電壓的轉換。充電器可以是有線的，也可以是無線的，AC/DC充電器通常由兩個子系統組成，包括功率因數控制器（PFC）級和諧振轉換器（LLC）。

在功率因數控制器中，NCP1680是無橋圖騰柱CrM（臨界傳導模式）PFC控制器，支持恒定準時Crm和谷值同步頻率折返，可在整個負載范圍內實現效率優化，可進行交流線路監控和交流相位檢測，具有新穎的谷值感應方案和零電流檢測，無需霍爾傳感器的逐周期電流限制，因此無需外部元器件，適用于小于350W的功率水平。另一款功率因數控制器―― NCP1681是無橋圖騰多模式PFC控制器，支持固定頻率CCM（恒定傳導模式），具有恒定準時CrM和谷值開關頻率折返，具有專有電流感應方案與專有谷值感應方案，適用于高功率，支持高達1kW的多模式應用，CCM大于2.5kW。

此外，離線控制器NCP4390是一款采用SOIC-16封裝，帶同步整流器控制的次級側LLC諧振轉換器，帶雙邊沿跟蹤的同步整流控制，支持寬工作頻率（39kHz ~ 690kHz），可通過補償削減（頻率偏移）防止非ZVS（NZP），支持初級側開關和SR開關的可編程死區時間。

電池、電池管理和電壓轉換系統則是機器人的機載部分。通常，移動機器人使用鋰離子或磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池更常見，能量密度更高。另一方面，磷酸鐵鋰電池更穩定，不易過熱，標稱電壓更低，最常用的是12-48V電池系統，可以并聯以提高性能。

典型的24V電池容量約為50Ah，重量約為10kg。電源樹為系統中的所有邏輯電平和低壓電源軌供電。通常，它不需要隔離（電池電壓低于50 V），并且與低壓差穩壓器（LDO）結合使用，實現為多個并聯降壓轉換器。

安森美的轉換器FAN65008B是一款同步降壓調節器，集成高側和低側功率MOSFET，并集成固定頻率電壓模式PWM控制器，可提供寬范圍的電壓轉換，輸出電流大于2A時效率超過95%，支持4.5至65V的寬輸入電壓范圍，以及10A連續輸出電流，支持100kHz至1Mhz的可編程開關頻率，具有熱關斷、UVLO、過載和短路保護。

用于AMR/AGV的先進通信與保護功能

AMR/AGV中的所有構建塊都需要相互通信，當前有許多可用的通信方式，傳統上，人們會使用CAN、LIN、RS-485、RS232和許多其他方式，不過，目前所有這些通信方式都可以用10Base-T1S替代，僅使用一條雙絞線即可將多個PHY連接到公共總線。這將可減少了所需的交換機端口數量，并且消除了對網關的需求。10BASE-T1S只需要一條非屏蔽雙絞線，這也大大降低了布線成本。

安森美的以太網控制器NCN26010是一款支持10Mb/s工業以太網MAC+PHY IC控制器，支持10BASE?T1S，符合IEEE 802.3cg標準，集成MAC和10BASE-T1S PHY，支持PLCA突發模式，如果任何節點需要發送比其他所有節點更多的數據，則允許每個PLCA傳輸機會發送更多幀，通過超過25m的UTP電纜可支持多過8個節點，具有增強的抗噪性，以及全局唯一MAC地址，采用32針QFN封裝。

在智能保護方面，eFuse和SmartFET等智能保護可提高效率和可靠性，并減少機器人停機時間。eFuse是一種自保護、可復位的電子保險絲，它通常用于監控輸入／輸出電壓、輸出電流和溫度。eFuse可防止過流、過壓和高溫，可以防止下游元器件、連接器和PCB走線損壞。eFuse可用于熱插拔情況，以及需要限制浪涌電流的情況。SmartFet可用于保護低壓電源軌（例如12V），可提供短路保護和浪涌電流處理，以及熱關斷和自動重啟以防止高溫，還包含過壓保護。

安森美的電流保護NIS3071是一款四通道eFuse，支持四個獨立通道，每個通道高達2.5A、60V，具有高度可擴展，輸出可以組合以將電流限制提高到10A，支持每個通道的熱保護，以及數字啟用、公共故障引腳，以及可調開啟時間控制與可調過流限制。

保護型MOSFET――NCV84045是一款具有高級保護功能的完全受保護的單通道高側驅動器，支持CMOS兼容控制輸入，以及高達32A的輸出電流，具有非常低的RDS(ON) 50mΩ典型值，可進行電流檢測輸出診斷反饋，具有用于感應開關的集成鉗位，支持接地丟失和VD丟失保護，以及ESD保護、短路保護。

完整的電機控制與位置傳感解決方案

中央處理器（CPU）是整個系統的“大腦”，它負責系統內部和與外部環境的所有通信。根據系統的復雜性，它需要具有足夠的計算能力。此外，智能機器人還需要支持同步定位與地圖構建（SLAM），這是一種用于創建未知環境地圖的方法，移動機器人利用SLAM算法在周圍環境中進行自主導航。另一方面，運動和執行器控制用于控制機器人移動的輪子。此外，機器人還可以使用機械臂或提升負載。所有這些功能通常都依賴于無刷直流（BLDC）電機，這需要復雜的算法才能精確控制。

安森美的柵極驅動器NCD83591是一款三相柵極驅動器，非常適合工業應用，支持5-60V工作電源范圍，以及高達250mA的FET恒流驅動，可執行高達30kHz的電機PWM，具有單獨的六柵極控制模式，具有UVLO、HBM和CDM ESD、斷電期間的內部柵極下拉等集成保護功能，采用28引腳QFN封裝。

MOSFET NTMJST2D6N08H是一款支持2.8mΩ RDS(ON)、80V VDS，具有低電容和柵極電荷，可降低開關損耗，采用TCPAK57封裝，可降低PCB溫度，因為熱量從頂部消散，可以提高PCB利用率。

MOSFET NTMFS0D4N04XM是T10M系列中同類最佳的40V MOSFET，適用于BLDC電機驅動，支持0.42mΩ RDS(ON)，可降低傳導損耗，采用5mmx6mm封裝，具有卓越的軟化恢復能力，低電壓尖峰可減少應力和EMI問題。

電感式位置傳感器可測量車輪或其他移動部件的旋轉，以準確跟蹤它們在環境中的位置和方向，它們可以用作BLDC控制的電子換向的一部分。電感式編碼器比傳統的光學或磁感應具有許多優勢，它們堅固耐用、重量輕、只需要很少的元器件，并且對振動或污染不敏感。

電感式傳感NCS32100是一款非接觸式傳感器解決方案，由兩個PCB組成，包括一個帶有兩個印刷電感器（沒有焊接元器件）的轉子，以及一個帶有印刷電感器和編碼器IC的定子。與可能需要100多個元器件才能正常工作的傳統光學編碼器解決方案相比，安森美的NCS32100只需要12個元器件即可實現最小的功能系統。

安森美的NCS32100可計算位置和速度，具有絕對編碼器，無需移動即可確定其位置，支持6,000 RPM全精度（最大45,000 RPM），38mm傳感器的精度為±50弧秒（0.0138度）或更高，可以區分和消除旋轉運動產生的振動，支持20位單圈與24位多圈分辨率輸出，集成CortexM0+ MCU，具有高度可配置性，是適用于各種光學編碼器的更便宜替代方案，具有通過單個命令的自我校準功能。

先進的照明、傳感器與無線解決方案

機器人可以配備LED燈，向人們和其他機器人表明機器人的存在。與舊型光源相比，LED更高效、更輕、壽命更長。根據燈光的顏色，機器人可以指示方向、發出狀態信號等。根據所需的功率和用途，安森美可提供各種LED驅動器和控制器。

線性LED驅動器NCV7685是一款帶I2C的12通道LED線性電流驅動器，支持12個并聯恒流通道，每通道60mA灌電流，128個占空比級別，每個通道獨立，具有高級診斷選項，符合AEC-Q100標準。

要使智能機器人系統真正實現自主，而不依賴于既定路徑（AGV便需要），它需要能夠防止與障礙物或其他機器人發生碰撞，但最重要的是防止與人發生碰撞。深度感知可以通過使用各種傳感器來實現，像是LiDAR、成像、雷達、超聲波，每種傳感器都有其優缺點。

將來自多種傳感器模式的數據組合起來稱為傳感器融合，傳感器融合可以結合所有傳感器的優勢，單一傳感器技術無法在所有條件下提供可靠的信息，因此多個操作傳感器可一起提供更可靠的數據集。

安森美的硅光電倍增管陣列RDM-0112A20是一款用于LiDAR應用的NIR增強型SiPM，支持共陽極的12個SiPM像素陣列，無快速輸出，具有20x20 μm微單元有效面積，在905nm時PDE（光子檢測效率）為16%，微透鏡技術可實現最大光學效率，建議Vop為30V。

硅光電倍增管MicroFC-100為1x1 mm SiPM，可用于單點或2D LiDAR，支持標準和快速輸出，具有可見范圍內的最高靈敏度，取決于微單元尺寸，在420nm時PDE大于18%，建議Vop為25.2V，具有10、20或35 μm微單元尺寸。

光學傳感器可用于深度感應、方向或為機器人提供額外功能，例如檢查或圖像識別。機器人的不同子系統中可能會有多個圖像傳感器（IS）和IS處理器。這是唯一能夠檢測顏色的傳感器解決方案。使用光學傳感器，系統能夠檢測障礙物并提高安全性或讀出信息（例如，從條形碼中讀取信息）。

安森美的圖像傳感器AR0234是一款1/2.6”的2.3Mp CMOS數字圖像傳感器，具有1920x1200有源像素陣列，以及領先的全局快門效率，卓越的低光和紅外性能，支持自動曝光、窗口化、行和列跳過模式。

AR0822則是1/1.8”的8Mp CMOS數字圖像傳感器，具有3840x2160有源像素陣列，支持滾動快門，板載eHDR，具有高靈敏度、低讀取噪聲，智能線性化可減輕移動偽影和LED閃爍，支持增強的NIR響應。

無線連接系統可用于收集傳感器數據、進行監控和定位，作為SLAM算法的一部分，藍牙出發角（AoD）是一種室內定位系統，其工作方式與室外全球定位系統（GPS）類似。在AoD方法中，發射設備使用排列成陣列的多個天線來發射250kHz信號。接收設備有一個天線，當來自發射設備的信號穿過其天線時，接收設備會收集數據，使其能夠計算信號方向。

安森美的低功耗藍牙RSL15是一款無線微控制器單元（MCU），采用低功耗藍牙5.2技術和安全的Arm Cortex-M33處理器。器件通過其內置電源管理、靈活的GPIO和時鐘方案以及寬電源電壓范圍，為高性能和超低功耗應用提供最大的設計靈活性，可優化能源效率，最大程度降低電池消耗，從而減少電池體積，延長電池供電傳感器的使用壽命，內置業界領先的超低功耗微控制器，配備易于使用的SDK，是業界最低功耗的基于閃存的安全藍牙低功耗MCU。

結語

智能機器人的發展正以前所未有的速度推進，從工業生產到家庭服務，再到醫療和教育領域，機器人技術的應用場景日益廣泛。伴隨著人工智能、物聯網和傳感技術的持續進步，智能機器人不僅變得更加高效、精準和多功能，也更加貼近人類的實際需求。安森美提供了完整的產品解決方案，將可協助加快智能機器人的開發速度，助力構建更加高效、便捷和智能的未來世界。