Comment les robots de service donnent un sens à leur environnement

Mar 20, 2023

Le principe fondamental de tout RVC est sa capacité à se déplacer avec un haut degré de précision. Ici, les contrôleurs de moteur embarqués intelligents HVC 4222F de TDK offrent un contrôle direct de divers moteurs pas à pas et de moteurs à courant continu avec balais (BDC) et sans balais (BLDC). Ils entraînent les moteurs qui font tourner les engrenages pour s'assurer que les roues déplacent le RVC dans la bonne direction. La haute précision de ces appareils est d'une importance vitale pour garantir que le nettoyeur ne déraille pas, que vous utilisiez des capteurs ou non ; savoir que la roue tourne à 90 degrés au lieu de 88 degrés est essentiel pour s'assurer que le RVC est là où il pense qu'il est sur un certain laps de temps.

Les capteurs de temps de vol (ToF) à ultrasons, tels que le CH101 et le CH201, fournissent des mesures de distance précises aux cibles à des distances allant jusqu'à 1,2 m et 5 m, respectivement. Ils envoient une impulsion ultrasonique, puis écoutent les échos qui rebondissent sur les objets dans le champ de vision du capteur (FoV). L'unité de traitement intégrée calcule le ToF et l'unité de contrôle externe détermine la distance aux objets. Contrairement aux capteurs de distance optiques, les capteurs à ultrasons fonctionnent dans toutes les conditions d'éclairage, y compris l'obscurité, et fournissent des mesures au millimètre près indépendamment de la couleur de la cible et peuvent détecter des objets transparents tels que le verre. Dans le robot aspirateur, le CH201 à longue portée peut être utilisé pour détecter à la fois les objets mobiles et fixes de jour comme de nuit, en déviant son itinéraire bien à l'avance pour éviter une collision. Le capteur ToF à ultrasons CH101 à portée plus courte peut être implémenté dans le robot aspirateur pour déterminer différents types de sols. Ici, l'amplitude du signal réfléchi diffère si la surface cible est dure ou molle. Lorsque l'aspirateur robot passe d'un sol en bois à une zone recouverte de moquette, le capteur peut ordonner aux moteurs d'accélérer car ils doivent travailler plus dur sur ce type de sol. Ces capteurs peuvent également détecter si le nettoyeur se trouve en haut d'un escalier, évitant ainsi une chute.

Principes de base de la détection par ultrasons

De nombreuses solutions de navigation pour aspirateur robotique utilisent la localisation et la cartographie visuelles simultanées (VSLAM) ou la technologie lidar pour créer une carte virtuelle de la pièce, lui permettant de se déplacer plus efficacement. Cependant, si le nettoyeur est soulevé et déposé à un autre endroit pour une raison quelconque, il ne saura pas où il se trouve. Il devra donc se déplacer dans une direction aléatoire et, en traçant les parois, pourra retrouver sa nouvelle position par rapport à la carte. Les unités de mesure inertielle (IMU), telles que l'ICM-42688-P de TDK, peuvent aider à surmonter ce problème. Ces capteurs de mouvement à six axes prennent le roulis, le tangage et le lacet des mouvements du robot aspirateur à la fois d'un point de vue linéaire et rotatif. Sur la base de ces mouvements, ainsi que de la cartographie de la pièce, l'aspirateur peut déterminer son emplacement précis. Et, si quelqu'un le ramasse et le place ailleurs, il sait où il se trouve dans l'espace réel. Pour les robots aspirateurs qui n'utilisent pas la technologie de cartographie VSLAM ou lidar, la position et la navigation peuvent être déterminées à l'estime. En combinant les mesures des rotations des roues avec les mesures inertielles de l'IMU et la détection d'objets des capteurs ToF, le nettoyeur peut s'orienter dans la pièce.

Lors de la mise en œuvre de l'intelligence artificielle (IA) avec assistance vocale, les microphones, tels que le microphone numérique multimode ICS-43434, deviennent une technologie de capteur essentielle. Pour le moment, le bruit des moteurs et des brosses tournantes sur le nettoyeur est un peu fort. Cependant, lorsqu'ils deviennent plus silencieux, les algorithmes peuvent être formés pour ignorer ce bruit et écouter spécifiquement la voix de l'utilisateur - appeler l'aspirateur pour nettoyer quelque chose ou lui dire de s'arrêter sont quelques possibilités. Une solution alternative pourrait être que, si le microphone remarque que quelque chose est dit, les contrôleurs de moteur intégrés du nettoyeur, tels que le HVC 4420F de TDK, peuvent ralentir ou éteindre le moteur pour écouter la commande.

Le niveau de poussière à l'intérieur de la boîte à poussière est estimé en surveillant le débit d'air à travers la poubelle à l'aide d'un capteur de pression. Des capteurs de pression barométrique, tels que le TDK ICP-10101, surveillent la pression atmosphérique à l'intérieur de la poubelle. Une chute de pression d'air indique que le bac à poussière est plein et que le nettoyeur peut arrêter son cycle de nettoyage et retourner à la base. Certaines des bases haut de gamme ont la capacité d'aspirer automatiquement le contenu de la boîte à poussière. Le nettoyeur peut alors revenir à sa dernière position connue et poursuivre le nettoyage. Lorsque la batterie atteint un niveau SoC arbitraire, le système de gestion de la batterie peut communiquer une instruction pour que le nettoyeur s'arrête et retourne à la base pour une recharge. Lorsqu'il est complètement chargé, l'aspirateur robot revient à sa dernière position connue et continue de nettoyer. Quelle que soit la taille de la pièce, en théorie, le nettoyeur peut fonctionner en continu.

・Utilisez un capteur de pression pour surveiller le débit d'air à travers le bac à poussière

・Identifier le bac à poussière plein ou le filtre obstrué

・Le deuxième capteur de pression peut éventuellement être utilisé pour améliorer la solution en supprimant les effets environnementaux locaux tels que le CVC.

Les thermistances NTC de TDK, qui sont un type de capteur de température, peuvent être appliquées pour surveiller la température de fonctionnement du MCU ou du MPU. Ils peuvent également être appliqués pour surveiller la température des moteurs et des engrenages des balais. Les objets pris dans les brosses, comme un élastique ou un excès de poils, peuvent entraîner une surcompensation et une surchauffe des moteurs. S'ils chauffent beaucoup trop, le nettoyeur est invité à faire une pause et peut-être à exécuter quelques diagnostics du système pour déterminer la cause du problème.

La plate-forme de développement TDK RoboKit1 simplifie le besoin du développeur de s'adresser à plusieurs fournisseurs pour lancer une application générique d'aspirateur robotique en intégrant tous les produits mentionnés ci-dessus sur un seul circuit imprimé. Il comprend également des bibliothèques de logiciels, ainsi que des pilotes compatibles ROS1 et ROS2, permettant aux équipes de conception de les personnaliser et de développer de nouveaux algorithmes. Pour en savoir plus sur la façon dont les solutions de capteurs de TDK permettent un contrôle avancé des robots de service, veuillez consulter le guide des solutions d'aspirateur robotique.