Cómo los robots de servicio dan sentido a su entorno

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 brindan 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 limpiador no se desvíe, utilice sensores o no; Saber que la rueda gira 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, proporcionan mediciones precisas del alcance de objetivos a distancias de hasta 1,2 my 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 proporcionan mediciones con precisión milimétrica independientemente del color del objetivo y pueden detectar objetos transparentes como el vidrio. En el robot aspirador, el CH201 de largo alcance se puede utilizar para detectar objetos tanto en movimiento como estacionarios de día y de noche, desviando su ruta con mucha antelación para evitar una colisión. El sensor ToF ultrasónico CH101 de menor alcance se puede implementar en el robot aspirador para determinar diferentes tipos de suelo. Aquí, la amplitud de la señal reflejada difiere si la superficie objetivo es dura o blanda. Cuando el robot aspirador 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 duro en este tipo de piso. Estos sensores también pueden detectar si el limpiador está en lo alto 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 el limpiador 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 con respecto al mapa. Las unidades de medida inercial (IMU), como el ICM-42688-P de TDK, pueden ayudar a superar este problema. Estos sensores de movimiento de seis ejes toman el balanceo, el cabeceo y la guiñada de los movimientos del robot aspirador desde una perspectiva lineal y rotacional. En base a estos movimientos, más el mapeo de la habitación, la aspiradora puede determinar su ubicación precisa. Y, si alguien lo recoge 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 inerciales 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 de los cepillos giratorios del limpiador es un poco fuerte. Sin embargo, cuando se vuelven más silenciosos, se pueden entrenar algoritmos 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, puedan reducir la velocidad o apagar el motor para escuchar el comando.

El nivel de polvo dentro del contenedor de polvo se estima monitoreando el flujo de aire a través del contenedor de basura con un sensor de presión. Los sensores de presión barométrica, como el TDK ICP-10101, monitorean la presión del aire dentro del contenedor 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 regresar a la base. Algunas de las bases de alta gama tienen la capacidad de aspirar automáticamente el contenido de la caja de polvo. Luego, el limpiador puede regresar a su última posición conocida y continuar limpiando. Cuando la batería alcanza un nivel de SoC arbitrario, el sistema de gestión de la batería puede comunicar una instrucción para que el limpiador se detenga y regrese a la base para recargarse. Cuando está completamente cargada, el robot aspirador 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 controlar el flujo de aire a través del depósito de polvo.

・Identifique el contenedor de polvo lleno o el filtro obstruido

・Se puede utilizar opcionalmente un segundo sensor de presión para mejorar la solución eliminando los efectos ambientales locales, como el HVAC.

Los termistores NTC de TDK, que son un tipo de sensor de temperatura, se pueden aplicar para monitorear la temperatura de funcionamiento de la MCU o 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 pelo, pueden hacer que los motores se sobrecompensen y se sobrecalienten. Si se calientan demasiado, se le indica al limpiador que se tome un descanso y tal vez ejecute algunos diagnósticos del sistema para descubrir 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 genérica de aspiradora robótica integrando 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 un control avanzado de los robots de servicio, visite la guía de soluciones de aspiradoras robóticas.