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分布式控制系统简化的三个C的机器人半岛app官网gydF4y2Ba
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你可能熟悉阿西莫夫的机器人三定律,在他的许多科幻小说而出名。半岛app官网然而,你可能没有意识到,有三个其他组织原则(也许不足以被称为法律)——机器人的三个C,确实在其中起了很重要的作用,当前机器人的设计。半岛app官网gydF4y2Ba
借用了军事、通信、指挥和控制(有时称为3 c),是收购的三个关键组织原则、处理和传播信息分布式”力元素。“今天的机器人实现也半岛app官网可以被认为是一组分布式力元素——然而,主要依靠机械力这三个“C”可应用于机器人的分布式系统的设计。gydF4y2Ba
通信gydF4y2Ba
通信可能是最简单的元素理解当一个分布式系统的设计。多个元素用于成像、定位、环境遥感、力量,运动控制(仅举几例)都需要相互沟通和一个集中控制器,管理和协调详细的活动来完成一项任务。标准通讯接口、有线或无线用于传输传感信息的边缘系统中央控制器。当中央控制器需要发送指令到边缘元素,也许是为了请求一个传感器更新或提前一个步进电机,使用相同的接口。微控制器(mcu)通常结束节点内的情报,他们支持多种通信接口来简化数据传输。gydF4y2Ba
通常是方便最小化数据流量从边缘到中心控制器,因此额外处理能力往往是搬到这些边缘节点。这使得一些函数局部边缘节点内完成,所以中间数据流量就被消除了。只有关键更新或任务请求需要涉及到主控制器当边缘设备更自主。作为一个例子,通常需要处理传感器数据是否在允许范围内。如果每个测量被送到中央控制器,它将产生巨大的流量控制器,并将需要额外的处理能力。如果传感器只能做本地处理,然后报告给控制器如果读数的方向(或),重要的中央控制器可以节省数据传输带宽和处理能力。gydF4y2Ba
对于复杂的遥感算法,多个数据流可能需要结合和加工是否必须采取行动,由中央控制器。例如,成像信息以及速度和距离测量可能显示一个对象的当前运动的任务。如果这些读数可以组合,也许使用分散的本地控制器访问几个关键边传感器,可以将警报发送到中央控制器和决定如何反应。gydF4y2Ba
通常这些复杂功能需要先进的信号处理能力,现在甚至可以在相对低端单片机。作为一个例子,gydF4y2Ba德州仪器MSP430单片机的家庭gydF4y2Ba,甚至许多低端设备硬件multiple-and-accumulate (MAC)的功能。这一能力便于简单数字信号处理(DSP)算法,往往需要结合复式传感器读数时,称为传感器融合,智能和自主操作。甚至许多单片机提供高性能DSP功能,通常用于更复杂的任务,如成像系统。简单的MAC是足够广泛的低级任务,通常可以显著提高功率效率实现,使用更复杂的设备。gydF4y2Ba
命令gydF4y2Ba
一旦主控制器从传感器访问所有的智能通信信息和中间控制器,它需要决定下一个任务。例如,如果一个自治机器人寻找幸存者埋在废墟地震后,及其红外传感器检测热,控制器需要决定要做什么。应该进一步调查?应该首先感觉环境结构的完整性?它需要接近确定热签名是一个人?人类应该“问”主管称重下一步?这些问题都需要由控制器处理下一个命令之前确定。gydF4y2Ba
在许多情况下,可能需要更多的信息从边缘节点只能发送警报警报没有数据背后的推理。如果需要大量的处理比边缘节点可以处理,中央处理器将需要做大量的计算”的重任。“高效、高性能处理器是一个不错的选择,小的自主机器人运行在电池供电。主控制器接口也需要各种各样的通信信道的各种边缘节点和中间控制器。高速接口,如以太网和USB,中间需要控制器。同样,低速接口、SPI和UART是低速所需的传感器。gydF4y2Ba
新一代的高效的嵌入式处理器有这些新的应用程序所需的功能。例如,新gydF4y2Ba英特尔夸克SoC X10xx处理器gydF4y2Ba有一个低功耗CPU核心以及多个通信接口,包括USB、以太网作为PCIe 2.0, SPI, I2C和UART。的形式访问片外存储器、高容量DDR或低容量但更快的SRAM,支持嵌入式内存控制器模块。对于高可靠性的应用程序,一个纠错码(ECC)内存可以自动找到并修复内存错误。高级安全特性提高抵抗恶意入侵,越来越关注嵌入式系统正面临增加黑客组织的攻击。夸克X10xx家庭甚至有成员的安全引导能力检测试图篡改启动引导代码,一个最激进的和有效的嵌入式网络入侵的方法。gydF4y2Ba
图2:gydF4y2Ba英特尔夸克SoC X1000功能框图。(来源:gydF4y2Ba英特尔gydF4y2Ba)gydF4y2Ba
控制gydF4y2Ba
在某种程度上在分布式机器人系统,电子信号需要转换成机械运动。半岛app官网机械作用可能涉及移动重型底盘在高速(和停止在正确的位置)或操纵机械“手”来精确把握,把一个小物体。在这两种情况下电机可能参与将电信号转变为所需的机械运动。各种汽车的设计变得更加相似近年来单片机制造商已经加快了对电机控制应用程序的支持。gydF4y2Ba
单片机在电动机控制已经使用多年,新算法进化来提高效率,增加可靠性,减少磨损,延长操作一生,单片机不得不不断地添加新功能,以跟上这些变化。例如,提高处理能力,包括数字信号处理和浮点,现在可以将数据预处理任务从主CPU。此外,硬件定时器可以实现形成电流和电压的低级任务用于控制算法,进一步释放主CPU和提高系统效率。单片机的制造商也在扩大他们的软件产品包括专门的工具和证明代码简化电机控制的实现。一些最先进的产品允许控制算法配置的设计师,将一个复杂的设计过程转化为使用一个简单的,引导“向导”创建所需的应用程序代码。gydF4y2Ba
参考设计,帮助评估和设计电机控制应用程序进一步简化开发过程。的gydF4y2Ba飞思卡尔动力学单片机家族gydF4y2Ba例如,多个电机控制参考设计为各种不同的应用程序。帮助设计师快速浏览许多可能的选择,飞思卡尔已经创建了一个基于web的解决方案顾问帮助缩小的混合特性和功能所需的各种目标应用程序。如图所示的图3中,飞思卡尔顾问走设计师通过一系列问题的应用程序,功能,电机类型、特性、控制算法和传感器类型,在生产之前的一份报告显示设备,开发板和参考设计适用于一个特定的设计。选择捕获后,会生成一个报告显示相关的参考例子和应用笔记设计师的具体设计要求。gydF4y2Ba
图3一3 b:gydF4y2Ba马达控制解决方案顾问帮助设计工程师找到适合他们的应用程序的参考设计。(来源:gydF4y2Ba飞思卡尔半导体gydF4y2Ba)gydF4y2Ba
总结gydF4y2Ba
现在你知道这三个“C”的机器人,可以将这些元素应用到任何嵌入式设计,即使它半岛app官网不是一个机器人应用程序。优化分布式传感与通信、高效和智能任务执行命令,和智能控制的机电接口,都是优秀的组织原则对于任何复杂的嵌入式设计。只要确保你不要让你的嵌入式系统违反任何阿西莫夫的机器人三定律。半岛app官网这可能是一个真正的问题。gydF4y2Ba
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