Cómo los robots de servicio dan sentido a su entorno

Mar 20, 2023

Fundamental para cualquier RVC es su capacidad para moverse con un alto grado de precisión. Aquí, los controladores de motor integrados inteligentes HVC 4222F de TDK proporcionan control directo de varios motores paso a paso y motores de CC con escobillas (BDC) y sin escobillas (BLDC). Impulsan los motores que hacen girar los engranajes para garantizar que las ruedas muevan el RVC en la dirección correcta. La alta precisión de estos dispositivos es de vital importancia para garantizar que el limpiafondos no se desvíe, ya sea que use sensores o no; saber que la rueda está girando 90 grados en lugar de 88 grados es esencial para garantizar que el RVC esté donde cree que está durante un cierto período de tiempo.

Los sensores ultrasónicos de tiempo de vuelo (ToF), como el CH101 y el CH201, brindan mediciones de alcance precisas a objetivos a distancias de hasta 1,2 m y 5 m, respectivamente. Envían un pulso ultrasónico y luego escuchan los ecos que rebotan en los objetos en el campo de visión (FoV) del sensor. La unidad de procesamiento incorporada calcula el ToF y la unidad de control externa determina la distancia a los objetos. A diferencia de los sensores ópticos de distancia, los sensores ultrasónicos funcionan en cualquier condición de iluminación, incluida la oscuridad, y brindan mediciones con precisión milimétrica independientemente del color del objetivo y pueden detectar objetos transparentes como el vidrio. En la aspiradora robótica, el CH201 de largo alcance se puede utilizar para detectar tanto objetos en movimiento como estacionarios de día y de noche, desviando su ruta con suficiente antelación para evitar una colisión. El sensor ultrasónico ToF CH101 de rango más corto se puede implementar en la aspiradora robótica para determinar diferentes tipos de piso. Aquí, la amplitud de la señal reflejada difiere si la superficie del objetivo es dura o blanda. Cuando la aspiradora robótica se mueve de un piso de madera a un área alfombrada, el sensor puede indicar a los motores que aceleren, ya que necesitan trabajar más en este tipo de piso. Estos sensores también pueden detectar si el limpiador está en la parte superior de unas escaleras, evitando una caída.

Conceptos básicos de detección ultrasónica

Muchas soluciones de navegación de aspiradoras robóticas utilizan localización y mapeo visual simultáneo (VSLAM) o tecnología lidar para construir un mapa virtual de la habitación, lo que le permite moverse de manera más eficiente y efectiva. Sin embargo, si la aspiradora se levanta y se deja en un lugar diferente por cualquier motivo, no sabrá dónde está. Por lo tanto, deberá moverse en una dirección aleatoria y, siguiendo las paredes, podrá redescubrir su nueva ubicación en relación con el mapa. Las unidades de medida de inercia (IMU), como el ICM-42688-P de TDK, pueden ayudar a superar este problema. Estos sensores de movimiento de seis ejes toman los movimientos de balanceo, cabeceo y guiñada de la aspiradora robótica tanto desde una perspectiva lineal como rotacional. Con base en estos movimientos, además del mapeo de la habitación, la aspiradora puede determinar su ubicación precisa. Y, si alguien lo levanta y lo coloca en otro lugar, sabe dónde está en el espacio real. Para las aspiradoras robóticas que no utilizan VSLAM o tecnología de mapeo lidar, la posición y la navegación se pueden determinar mediante navegación a estima. Al combinar las mediciones de las rotaciones de las ruedas con las mediciones de inercia de la IMU y la detección de objetos de los sensores ToF, el limpiador puede orientarse en la habitación.

Al implementar inteligencia artificial (IA) con asistencia de voz, los micrófonos, como el micrófono digital multimodo ICS-43434, se convierten en una tecnología de sensor esencial. En este momento, el ruido de los motores y los cepillos giratorios del limpiador es un poco fuerte. Sin embargo, cuando se vuelven más silenciosos, los algoritmos se pueden entrenar para ignorar este ruido y escuchar específicamente la voz del usuario; pedirle a la aspiradora que aclare algo o decirle que se apague son un par de posibilidades. Una solución alternativa podría ser que, si el micrófono detecta que se está hablando algo, los controladores de motor integrados del limpiador, como el HVC 4420F de TDK, pueden reducir la velocidad o apagar el motor para escuchar el comando.

El nivel de polvo dentro de la caja de polvo se estima al monitorear el flujo de aire a través de la basura con un sensor de presión. Los sensores de presión barométrica, como el TDK ICP-10101, monitorean la presión del aire dentro del cubo de basura. Una caída en la presión del aire indica que la caja de polvo está llena y el limpiador puede detener su ciclo de limpieza y volver a la base. Algunas de las bases de gama alta tienen la capacidad de aspirar el contenido de la caja de polvo automáticamente. El limpiador puede entonces volver a su última posición conocida y continuar limpiando. Cuando la batería alcanza un nivel de SoC arbitrario, el sistema de administración de la batería puede comunicar una instrucción para que el limpiador se detenga y regrese a la base para una recarga. Cuando está completamente cargada, la aspiradora robótica vuelve a su última posición conocida y continúa limpiando. Independientemente del tamaño de la habitación, en teoría, el limpiador puede funcionar de forma continua.

・Utilice un sensor de presión para monitorear el flujo de aire a través del depósito de polvo

・Identifique el depósito de polvo lleno o el filtro obstruido

・El segundo sensor de presión se puede usar opcionalmente para mejorar la solución al eliminar los efectos ambientales locales, como HVAC.

Los termistores NTC de TDK, que son un tipo de sensor de temperatura, se pueden aplicar para controlar la temperatura de funcionamiento de la MCU o la MPU. También se pueden aplicar para controlar la temperatura de los motores y los engranajes de las escobillas. Los elementos atrapados en los cepillos, como una banda elástica o exceso de cabello, pueden hacer que los motores se sobrecompensen y se sobrecalienten. Si se están calentando demasiado, se le indica al limpiador que se tome un descanso y tal vez ejecute algunos diagnósticos del sistema para averiguar qué está causando el problema.

La plataforma de desarrollo TDK RoboKit1 simplifica la necesidad del desarrollador de acudir a varios proveedores para iniciar una aplicación de aspiradora robótica genérica mediante la integración de todos los productos mencionados anteriormente en una sola PCB. También incluye bibliotecas de software, así como controladores compatibles con ROS1 y ROS2, lo que permite a los equipos de diseño personalizarlos y desarrollar nuevos algoritmos. Para obtener más información sobre cómo las soluciones de sensores de TDK permiten el control avanzado de los robots de servicio, visite la guía de soluciones de aspiradoras robóticas.