【導讀】談及“自主移動機器人（AMR）”時，許多人想到的是在訂單履行中心、倉庫或各種工業應用中工作的相對較大的機器人係統。過去，鮮有人會想到盡職盡責跟隨主人全球奔波的
、由人工智能/機器學習（AI/ML）驅動的拉杆箱。更鮮有人會料想到這項技術能夠在今天實現商用。家用AI/ML係統和機器人技術的曙光已經出現。為了進一步推動這場革命，工程師必須克服一些硬件和軟件障礙，才能通過TSA認證，並在緊湊空間內安裝所有必要的電子係統

，既不會顯著增加重量，同時還保持成本競爭力。

圖源：scharfsinn86/Stock.Adobe.com

本文將向讀者介紹小型消費類AMR係統（特別是行李箱）的發展趨勢，並討論小型消費類AMR係統走向大規模市場所涉及的各種硬件和軟件問題以及設計挑戰。

麵向21世紀旅客的AMR行李箱

對於大多數人而言，長途旅行最大的拖累莫過於拖著行李箱輾轉於各大機場
、火車站和公共汽車站。然而
，令人不解的是
，過去十幾年間
，行李箱的設計卻鮮有創新。盡管行李箱在過去的20年間經曆了徹底的審美革新，但真正的技術進步卻寥寥無幾。幸運的是，這一切最近都發生了變化。現有的市售AMR行李箱係統被設計為僅使用板載係統跟蹤並跟隨其主人。

這是典型智能行李箱的重大進步，這些行李箱內置可為智能手機充電的電池、GPS定位、開箱檢測功能
，甚至還有可供用戶騎座的設計。借助新型AMR行李箱係統，AI/ML技術用於在整個繚亂喧囂的旅途中為用戶導航，從家出發，經過中轉站，並最終到達目的地。這類導航需要複雜的視覺係統、接近檢測係統
、智能手機接口以及移動機器人電子設備。

小型消費類AMR係統設計麵臨的挑戰

與工業AMR係統不同
，消費類AMR行(xing)李(li)箱(xiang)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)，必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)重(zhong)量(liang)輕(qing)且(qie)易(yi)於(yu)使(shi)用(yong)，即(ji)便(bian)在(zai)不(bu)使(shi)用(yong)時(shi)亦(yi)如(ru)此(ci)。此(ci)外(wai)，工(gong)業(ye)機(ji)器(qi)人(ren)設(she)計(ji)為(wei)在(zai)本(ben)身(shen)比(bi)較(jiao)危(wei)險(xian)的(de)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)保(bao)持(chi)安(an)全(quan)，而(er)消(xiao)費(fei)類(lei)AMR則必須在控製較少的環境中工作。因此，除了考慮移動機器人高效、可靠且響應迅速的普遍需求外，小型/個人AMR行李箱係統還必須考慮繁忙交通樞紐和用戶注意力被分散的混亂情況。這需要相對複雜的AI/ML在意外碰撞不可避免的混亂環境中進行跟蹤、跟隨和導航。

AMR AI/ML視覺係統和接近傳感器

雖然2D攝像頭圖像可以提供背景環境
，但仍然需要一個接近係統來確定與物理對象的距離和深度。因此
，傳感器融合對於小型AMR行李箱而言至關重要，因為人們希望這種行李箱無需過多指引就能跟隨用戶左右。

相較於常規2D攝(she)像(xiang)頭(tou)圖(tu)像(xiang)，傳(chuan)感(gan)器(qi)融(rong)合(he)是(shi)機(ji)器(qi)人(ren)係(xi)統(tong)更(geng)深(shen)入(ru)了(le)解(jie)環(huan)境(jing)的(de)常(chang)用(yong)方(fang)法(fa)。機(ji)器(qi)人(ren)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)過(guo)去(qu)相(xiang)當(dang)龐(pang)大(da)且(qie)昂(ang)貴(gui)
，但(dan)現(xian)在(zai)隨(sui)著(zhe)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)不(bu)斷(duan)減(jian)小(xiao)，接(jie)近(jin)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)封(feng)裝(zhuang)也(ye)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)緊(jin)湊(cou)
，更(geng)容(rong)易(yi)用(yong)於(yu)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)。

為了讓AMRxinglixiangbaochixiandaixinglixiangdexianqiaomeigan，jiejinchuanganqiheshijiaoxitongbixuzugoujincou
，yishiyingliuxianxingdelunkuoerbuxiandetuwu。zhegeishijiaohejiejinxitongshijialeewaidekongjianxianzhi，bingqiexuyaogenggaoshuipingdejicheng

，yincikezaidangejincouxingPCB上使用綜合視覺和接近係統。為減輕AMR電子設備的重量以方便手動操作，這種實現超緊湊尺寸的方法也十分必要。

因此，在小型封裝中使用不可見940nm紅外（IR）光的飛行時間傳感器可能是此類應用的理想選擇。透鏡在IR頻率下為光學透明
，而在可視光頻率下相對不透明，從而保護IR傳感器。此外，目標顏色和反射比不變量包括采用垂直腔麵發射激光（VCSEL）IR技術進行飛行時間感測的傳感器，如下圖1就是一款非常適合用於AMR行李箱的VCSEL飛行時間紅外接近傳感器。

圖1：511-VL53L5CXV0GC/1的功能圖

（圖源：貿澤電子）

AMR的移動係統

移動係統是小型AMR的一個主要設計點。小型AMR係統的響應能力、效率和可靠性在很大程度上取決於設計質量以及AMR移動係統所選擇的設備/組件。典型的AMR移動係統包括電機
、電機驅動器
、電機控製係統以及儲能裝置（通常為電池）。高效電機控製微控製器單元（MCU）kenengshicileijincouxingdigonghaoyingyongdelixiangxuanze。qitadianjikongzhijiejuefanganjishikeyishixiangenggaodexingneng，dannengxiaohuoxujiaodiqiezhanyongkongjiangengda

，liruxianchangkebianchengmenzhenlie（FPGA）解決方案。

小型消費類AMR行李箱可能會使用小型無刷直流（BLDC）電機，通常為三相，以實現該應用所需的響應能力和效率。不過BLDC電機需要專門的電機控製器和驅動技術，要同時驅動三個獨立的相位，並具有傳感器輸入能力和足夠的功率來承擔BLDC電機控製算法的計算負載。

過去，像這樣的電機控製係統需要對每個功能進行完整的定製設計

，並需要必要的資源來迭代設計功能解決方案。如今
，含嵌入式MCU的BLDC電機控製器可提供高度集成的解決方案
，比先前集成度較低的方法更為緊湊甚至高效。這些高度集成的解決方案有助於縮短開發時間、減小PCB麵積並盡量降低總體物料清單（BOM）的複雜性。

高度集成的電機控製器/MCU，如STMicroelectronics STSPIN32G4
，可在單個封裝中提供高級電機控製功能和處理。圖2就采用STSPIN32G4係統級封裝（SiP）與STL110N10F7功率MOSFET。

圖2：STMicroelectronics EVSPIN32G4演示板

（圖源：貿澤電子）

AMR的無線通信

即便是小型消費類AMR行李箱
，用戶也需要能夠通過普通方式輕鬆獲取和控製。此外，無線（OTA）升級讓現代電子產品大受裨益，尤其是AMR行李箱之類的新穎實驗性產品。這意味著AMR行李箱係統還需要整合各種無線標準以兼容用戶的智能手機
，還可連接到其他IEEE 802.15.4無線協議以進行測試、診斷或集成其他智能家居功能。

鑒於AMR行李箱的空間和功率限製，單獨的無線芯片會顯著增加電路板麵積，尤其是在考慮需要保持設計的電磁兼容（EMC）合規性時。因此，內置無線功能，例如低功耗藍牙5（BLE5）和IEEE 802.15.4™通信協議的微控製器，可以顯著簡化開發過程，更快地開發具有無線功能的AMR行李箱（圖3）。

下圖所示的多協議無線微控製器片上係統（SoC）對物聯網設備的設計和開發大有裨益，同時還能延長應用的電池壽命。

圖3：多協議無線微控製器片上係統（SoC）

（圖源：貿澤電子）

結語

盡管飛行汽車仍在開發當中
，但自動跟隨用戶、包bao攬lan長chang途tu旅lv行xing中zhong一yi些xie苦ku差cha事shi的de機ji器qi人ren行xing李li箱xiang今jin天tian已yi經jing問wen世shi。未wei來lai將jiang出chu現xian更geng多duo的de機ji器qi人ren行xing李li箱xiang創chuang意yi
，所suo有you這zhe些xie創chuang意yi都dou必bi須xu能neng夠gou在zai高gao度du緊jin湊cou的de封feng裝zhuang中zhong安an裝zhuang自zi主zhu移yi動dong機ji器qi人ren係xi統tong，同tong時shi確que保bao安an全quan性xing和he使shi用yong方fang便bian性xing。

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