Hızlı gelişen robotik dünyasında, AGV (otomatik rehberli araçlar) sürüklenmesi veya kararsız robotik kollar gibi kalıcı sorunlar nadiren kusurlu yazılımlardan kaynaklanır. Bunun yerine, genellikle yetersiz jiroskop performansına geri dönerler. Düşük dereceli IMU'lar, kontrol döngülerinin birleştirilmesinin altında sürüklenme, gecikme ve geri bildirim hataları getirir. Çözüm, gerçek zamanlı stabilite, duyarlılık ve dinamik robotik sistemlere entegrasyon için tasarlanmış hassas dereceli MEMS jiroskoplarının dağıtılmasında yatmaktadır.
MEMS jiroskopları, gelişmiş robotiklerin atalet çekirdeğini oluşturur-hassas açısal hız algılama, gerçek zamanlı oryantasyon izleme ve kompakt, güç tasarruflu paketlerde güvenilir hareket geri bildirimi sağlar. Hem AGV'ler hem de insansı robotik kollar için kararlı navigasyon ve becerikli hareketin sağlanmasında vazgeçilmezdirler.
Geçtiğimiz on yılda, erken IMU değerlendirmesinden tam yığın entegrasyonuna kadar düzinelerce robotik dağıtım üzerinde çalıştım ve bir gerçek göze çarpıyor: Ataletsel algılama kalitesi bir robotun sadece işlev gördüğü veya gerçekten performans gösterdiğini tanımlıyor.
İçindekiler
AGV'lerin ve insansı robotların endüstriyel etkisi
AGV'ler ve insansı robot kolları artık fütüristik kavramlar değildir - depolarda, fabrikalarda ve hatta hastanelerde temel varlıklar haline gelirler. 2023'te 4,5 milyar dolardan 2028'e kadar 12B $ 'a yükselmesi beklenirken bir CAGR'yi 1.6B $' dan 8.9b $ 'a atlaması bekleniyor .
Perde arkasındaki bu büyümeyi güçlendirmek MEMS jiroskopları -gerçek zamanlı oryantasyon ve açısal hız verileri sağlayan önemli sensörlerdir. Onlar olmadan, AGV'ler başlık hassasiyetini kaybeder ve insansı silahlar denge ve yanıt verme ile mücadele eder.
| Segment | 2023 pazar büyüklüğü | 2028 Tahmin | CAGR (2023-2028) |
|---|---|---|---|
| Depo AGV'leri | 4.5B $ | $ 12.0B | 22% |
| İnsansı robot kolları | 1,6 $ | 8.9b $ | 41% |
GuiTenav'da MEMS jiroskoplarımız, bu yeni nesil robotiklerin taleplerini karşılamak için inşa edilmiştir - yüksek önyargı stabilitesi , düşük gecikme ve mobil platformlara ve mafsallı uzuvlara entegrasyon için ideal olan kompakt form faktörleri Otonom filolardan drivinous manipülatörlere kadar, robotları dengeli, doğru ve kontrol altında tutan atalet çekirdeğini sağlıyoruz.
MEMS jiroskopları gerçekten nasıl çalışır?
Coriolis etkisi yoluyla açısal hızı algılar . Her sensörün içinde mikroskobik yapılar sabit bir eksen boyunca titreşir. Dönüş meydana geldiğinde, Coriolis kuvveti bu titreşimlerde saptanabilir bir kaymaya neden olur, bu da daha sonra açısal hız verilerine çevrilir.
CMOS uyumlu imalat sayesinde , bu yapılar güç tasarruflu, şoka dayanıklı ve gömülü robotik için ideal olan küçük bir çipe sığar.
Ancak MEMS Gyros'u gerçek dünya robotikleri için uygun hale getirmek minyatürleştirmeden daha fazlasını gerektirir. Temel ilerlemeler şunları içerir:
- Temiz, yüksek frekanslı sinyal çıkışı için düşük gürültülü asics
- Sıcaklık üzerindeki performansı stabilize etmek için yerleşik termal kalibrasyon
- Titreşime ve şoka dayanacak mekanik sönümleme
Bu yüzden gerçek dünya robotlarında-titreşimler, ani dönüşler ve termal vardiyaların norm olduğu- MEMS jiroskoplarımız güvenilir, duyarlı ve konuşlandırmaya hazır kalır.
MEMS jiroskopları robotiklerde neden hayati önem taşıyor?
Robot sistemleri daha hızlı, daha hareketli ve daha dinamik hale geldikçe, hassas oryantasyon kontrolü artık isteğe bağlı değildir-bu kritik önem taşır. Birçok sensör hareketi tespit edebilse de, GPS veya manyetik alanlar gibi harici referanslardan bağımsız olarak gerçek zamanlı açısal hız ölçümü sunar Bu, zamanlama, istikrar ve yanıt vericiliğinin güvenlik ve performansı doğrudan etkilediği senaryolarda yeri doldurulamaz hale getirir.
İki yüksek büyüme gösteren robotik segmentte değerleri daha da belirgin hale geliyor:
- AGV'lerde MEMS Gyros, GPS kesintileri sırasında ölü reckonlamayı destekleyerek pürüzsüz dönüşler, tutarlı başlık ve SLAM ve yol planlaması için gerçek zamanlı geri bildirim sağlar.
- İnsansı robotlarda , yürüme veya manipülasyon sırasında koordineli eklem hareketine, dış kuvvetlere hızlı reaksiyona ve sürekli denge kontrolüne izin verirler.
Eski atalet sensörleriyle karşılaştırıldığında, MEMS jiroskeri üç temel avantaj getirir:
- Minyatürleştirme - Kompakt mobil robotlara ve eklemli eklemlere kolayca gömülebilir
- Ölçeklenebilirlik -Filo çapında veya çok eklemli entegrasyon için yeterince maliyet etkin
- Düşük gecikme performansı -dinamik hareket için gerekli olan sıkı geri bildirim döngülerini mümkün kılmak
MEMS Gyros'u jenerik bileşenler olarak ele almak yerine, guidenav bunları özel olarak robotik platformlar için tasarlar - sadece sensör donanımını değil, aynı zamanda ürün yazılımı, filtre tasarımı ve mekanik entegrasyonu da geliştirir. Bu uygulama odaklı yaklaşım, jiroskoplarımızın zorlu robotik ortamlarda sürekli olarak hazır seçeneklerden daha iyi performans göstermesinin neden olduğudur.
Robotik için Doğru MEMS jiroskopu nasıl seçilir
Tüm MEMS jiroskopları eşit yaratılmaz ve yanlış olanı seçmek, performans kaymasına, sistem istikrarsızlığına veya enerji verimsizliğine yol açabilir. İdeal gyro, büyük ölçüde robotik platformun form faktörüne, hareket dinamiklerine ve kontrol döngüsü hassasiyetine bağlıdır.
Farklı robotik sistemler için tipik olarak MEMS gyro seçimine nasıl yaklaşıyorum:
AGV'ler için (otomatik rehberli araçlar):
- Önyargı stabilitesi : Orta (<10 °/s) kısa ila orta menzilli ölü reckonlama için yeterlidir.
- Bant genişliği : Aşırı gürültü olmadan pürüzsüz başlık güncellemeleri için 50-100 Hz.
- Şok toleransı : Hareket olayları sırasında mekanik dayanıklılık için> 5000 g'ye dayanmalıdır.
- Güç : Sistem çapında enerji verimliliğini korumak için 100 MW'ın altında.
İnsansı robot kolları için:
- Önyargı stabilitesi : Yüksek hassasiyet (<3 °/s) eklem seviyesi doğruluğu için kritiktir.
- Bant genişliği : Hızlı artikülasyon ve ince motor komutlarını izlemek için 200+ Hz.
- Form faktörü : Her bir eklemin içine sensörler gömülü olduğundan ultra kompakt.
- Güç bütçesi : Isı birikimini ve pil tahliyesini önlemek için eklem başına <50 MW.
| Parametre | AGV uygulaması | İnsansı uygulama |
|---|---|---|
| Önyargı istikrarı | <10 °/s | <3 °/s |
| Bant genişliği | 50-100 Hz | 200+ Hz |
| Şok toleransı | > 5000 g | > 3000 g |
| Boyut | Kompakt | Ultra kompakt |
| Güç | <100 MW | Eklem başına <50 MW |
Arkamızda yüzlerce dağıtım ile, sadece özellik sayfalarının başarıyı garanti etmediğini anlıyoruz. sadece laboratuvarda değil, depo tabanında ve sahada kalıcı performans ve güvenilirlik sağlayan sensör konfigürasyonlarına dönüştürmek için robotik sistem mühendisleriyle yakın bir şekilde çalışıyoruz
Durum 1: Depo AGV'lerinde MEMS Gyros kullanın
GPS sinyallerinin güvenilmez veya tamamen bulunmadığı yoğun kapalı ortamlarda çalışır . Bu koşullarda, hassas başlık tahmini kritiktir - özellikle uzun yollar veya sıkı köşeler üzerinde. Ancak küçük sensör sürüklenmesi bile hızla birikebilir, bu da gezinme hatalarına, yol sapmasına ve bozulmuş çarpma doğruluğuna yol açabilir-bu da görev seviyesi arızası veya operasyonel arıza ile sonuçlanır .
MEMS jiroskoplarının gerekli olduğu yer burasıdır . Sürekli, gerçek zamanlı açısal oran verileri sunarak şunları desteklerler:
- GNSS kullanılamadığında ölü recking
- Tekerlek kodluları ve görme tabanlı slam ile sensör füzyonu
- Dinamik düzenler altında hareket kontrolünde ve rota yeniden planlamasında stabilite
Bir dağıtımda, bir depo AGV filosunda taktik sınıf MEMS IMU'mızla eski bir jiroyu değiştirdik. Birkaç saatlik çalışma süresi olan tekrarlanan görev döngüleri sırasında, başlık%38 oranında azaltıldı ve lokalizasyon hataları, harici belirteçlere güvenmeden bile sürekli olarak 20 cm'nin altında kaldı.
AGV filoları üzerinde çalışan robot ekipleri için ders açıktır: navigasyon sağlamlığı atalet doğruluğu ile başlar ve bu yüksek kaliteli bir MEMS gyro ile başlar .
KULLANIM 2: MEMS Gyros insansı kollarda
İnsansı robotlar hassas eklem koordinasyonu ve sürekli denge ayarlaması gerektirir - genellikle düzinelerce eksen arasında eşzamanlı olarak. Bu ortamda, hafif algılama gecikmeleri bile kararsızlığa veya hareket arızasına yol açabilir.
MEMS jiroskoplarını yerleştirerek , robotlar kazanır:
- Refleks seviyesi eklem kontrolü için yüksek hızlı açısal geri bildirim
- Yürüyüş ve manipülasyon sırasında kararlılık , eşit olmayan yüzeylerde bile
- Dış kuvvetlere ve hareket geçişlerine düşük gecikme tepkisi
Bir projede, jenerik IMU'ların Guidenav'ın taktik sınıfı MEMS düşme oranlarını % 42 hızlı, yük değişen hareket sırasında bile 1.2 ° RMS'ye düşürdü
Dinamik hareket söz konusu olduğunda, pürüzsüz ve kararsız arasındaki fark genellikle MEMS gyro'nun kalitesinde yatar .
Neden GuiTenav?
Robotiklerde hassas hareket güvenilir atalet algılama ile başlar. GuiTenav'da , özellikle robotik platformlar için MEMS jiroskopları tasarlıyoruz-şoklara dayanmak, gecikmeyi en aza indirmek ve uzay kısıtlı ortamlara uyuyoruz .
GuideG4000 gibi çip düzeyinde çözümler sunuyoruz- <1 °/s önyargılı bir instabiliteye ve 400 Hz bant genişliğine sahip bir alt-9 mm MEMS gyro. Daha üst düzey entegrasyon gerektiğinde, taktiksel dereceli IMU'larımız tam sistemlerde sağlam, düşük sürüklenmiş bir performans sağlar.
Erken prototiplemeden hacim dağıtımına kadar, dünya çapında robot ekiplerinin algılama hassasiyetini gerçek dünya performansı haline getirmelerine yardımcı olduk. Çünkü hareket önemli olduğunda, doğru gyro sadece bir spesifikasyon değil - bu bir temel .
