科幻小说中，几代人都以各类体例将机械人融入社会，从使我们的糊口更轻松、更夸姣的有益的良性家丁，到试图灭尽我们的严格、没有魂灵的霸主。在所有环境下，故事最先在机械人代替人完成琐碎的、反复的和危险的使命，跟着人工智能的呈现，它们乃至跨越了受过严酷练习的人类。

从小小的地板洁净工到送货机械人和无人机，在利用中其实不罕有。社会已预备好将它们融入我们的糊口，特殊是当它们变得自立、会话、乃至有自我意识的时辰。

几十年来，汽车制造厂、化工场和工场的工作机械人已代替了很多人，并显示出本钱效益和更高的出产力和正确性，由于制造业和工业利用一向是机械人前进的驱动力。

固然采办、编程和将制造机械人投入工作的初始投资依然很高，但它们为制造公司带来了很多益处。

跟着人们强调将制造业带回国内的欲望，竞争压力意味着只有机械人材能以低本钱连结高出产力。它们可以一天工作24小时，没有歇息。他们不休假或放假。它们不请病假（但它们也会经常产生故障）。

要害是，招聘机械人的制造公司没必要付出社会保险、掉业、工伤补偿、医疗保险、退休费等。

跟着固定位置和功能的机械人被移动的、自立的、多功能的进修型机械所代替，能力、平安和本钱敏感度变得加倍主要。机械人设计者此刻面对着关在架构机械人和机械人工作情况的选择。

一个五千克重的机械人里装有十千克的芯片

传感器是任何机械人设计中的要害。它们为机械供给有关外部世界的信息。固然老一代的固定机械人不需要导航，感知障碍物，知道本身在哪里，并找到备用线路，但新的机械人需要。是以，很多类型的传感器必需被实行、监测、优先斟酌、注释，并用在肯定步履。今天设计师面对的问题是若何分派传感器，同时连结公道的尺寸和重量。是否是所有的工具都放在机械人里面？仍是机械人从一个举措措施、无线节制器或云端取得感官数据和指令？

你让机械人做的工作越多，它就需要越年夜。机械人越重，需要的电池电量就越多。这限制了运行时候、速度和机能，而且因为在充电或改换电池时需要住手利用而增添本钱。

空间是有限的，而重量是仇敌。是以，你在情况中放置的智能越多，需要嵌入到机械人中的就越少。更小，更快，更多的运行时候，更低的本钱。共赢，对吗？嗯，只是到今朝为止。

即便有了智能情况，智能和传感器也必需被嵌入到每一个机械人中。容错意味着在产生通讯故障时，平安不会遭到影响。是以，利用轻量级的机载传感器，如传感器、视频摄像头、温度和电池电压传感器等，是可行的。乃至今天可用的二维激光雷达手艺也能够集成到一个低本钱、高效力的机械人中。

像接近或电源问题如许的故障平安传感器应被优先斟酌。例如，机械人可能不知道它被一个障碍物固定住了，但驱动机电上的电传播感器可以敏捷检测到故障，并当即移除机电驱动的电源。中心举措措施计较机或云节制器不克不及快速反映，以避免可能产生的火警。

在工场或工业情况中，无线通讯多是一个挑战。制造车间是一个电子噪音情况。假如产生毛病和重试，机械人可能没法和时获得所需的旌旗灯号以庇护平安。这也可能意味着无线链路传输更高的功率以取得靠得住的通讯。

散布式串行架构。拓扑布局和长处

串行通讯是在局部或泛博地域进行散布式通讯的抱负选择。系统和举措措施的设计者和治理者对可以轻松实现的串行收集的手艺和类型有多种选择和选项。

以太网是一种可使用的串行收集手艺。它可使用Cat5和/或Cat6气概的多绞线在一根电缆中进行布线。每一个点对点的以太网毗连需要八根线，这增添了本钱并下降了靠得住性。以太网确切供给了快速的通讯速度和运行几百英尺的能力，并可用作区域内串行收集的集线器。虽然如斯，它对噪音或静电放电（ESD）的免疫力其实不特殊强，所以它不是机械位置的一个好选择。另外，以太网收集上的每一个节点需要更多的处置器资本和带宽。比拟之下，可使用本钱较低的通用异步领受/发送器（UART）构架的异步包构架的串行数据链。

基在UART的串行链路或许是最直接和最靠得住的。无线串行链路即便在最高的电磁干扰（EMI）噪声和最卑劣的ESD情况中也是坚忍靠得住的。还各类驱动器和领受器，可以走几百乃至几千英尺，连结必然规模的数据速度。

从布局上看，散布式串行传感器阵列可以由中心位置节制和监测，散布式，或长途拜候。这些其实不彼此排挤。例如，中心计较机可以一向运行，尔后备系统监测并在主系统呈现故障时启动。

串行收集中也有点对点的矫捷性。最简单和最靠得住的布局是点对点直接（图1A）。这是最快速、最直接的链接。硬件和/或软件握手可以包管靠得住的数据传输。

可以设置装备摆设一串菊花链装备，一个数据链路与很多散布式传感器或履行器进行通讯（图1B）。数据经由过程每一个节点，并经由过程作为纵贯缓冲器的线路领受器和驱动器返回到启动点。每一个节点可以零丁寻址，也能够同时拜候，例如 "告急关机 "号令的环境。

假如装备被设置装备摆设成一个轮回，那末可以打消纵贯驱动器，所稀有据都返回到启动点。对一个串连或环路布局的收集，数据速度凡是被设置为一个单一的波特率。假如利用几个多端口串行节制台节制器，也能够采取树形设置装备摆设（图1C）。假如来自立机的数据速度足够快，可以供给所有初级此外数据，这答应在串行域中成立多个传感器或传感器区域。假如不是如许，以太网毗连可以作为最上层的节制台办事器利用。假如传感器区被界说为一个局部的区域，这多是一个有帮忙的架构。

图 1：(A) 点对点直接毗连。(B) 链接装备的环路或菊花链。(C) 树设置装备摆设。

除长途分派传感器和履行器外，散布式节点还可以包罗用在平安节制的专用射频链路或RFID扫描仪，以便在机械人经由过程特定的要害位置时向其读取和写入数据。任什么时候候，只要平安冗余可以在几近没有额yb体育app手机下载外本钱的环境下被设计出来，操纵这类平安冗余是明智的。

串行链路层和谈的类型

我们年夜大都人都熟习的一个老古玩是RS-232。这类单端物理层方案利用不归零（NRZ）旌旗灯号和谈，将逻辑零暗示为正电压，逻辑一暗示为负电压。旌旗灯号线永久不会逗留在地面上。是以，RS-232是相对不变的，能很好地谢绝噪音和脉冲故障。因为未毗连的电线不会显示电压，所以故障检测更轻易。

固然RS-232可以穿越几百英尺，但RS-422可以穿越几千英尺。RS-422为每一个旌旗灯号利用一对差分线。这使得它对喧闹的工场情况中可能存在的共模噪声免疫。它需要两倍的电线数目，并且不像RS-232那样常见，后者用在曩昔的年夜大都计较机外围装备和调制解调器。

RS-485也是一种差分前言，但也是一种同享前言。所有RS-485装备都毗连到统一物理线对。这意味着RS-485装备只能在半双工模式下运行，而RS-232和RS-422可以在全双工模式下运行。所有RS-485装备凡是具有不异的通讯特征，如波特率、奇偶性和住手位。

在恰当的环境下，RS-485也能够逾越几千英尺，凡是用在工场和工业情况。在所有环境下，半导体系体例造商都为所有这些供给了具有本钱效益、设计杰出、有竞争力的线路驱动器和领受器，并内置了ESD和噪声庇护。

留意，UART框架的异步数据包格局，如RS-232、RS-422和RS-485，也被用在汽车范畴的节制器区域收集（CAN）和OBDII节制和传感器总线中。

较早但风行的Midi接口也利用基在UART的数据包和谈。这些旌旗灯号手艺被很好地舆解，并获得东西和开辟固件的撑持。它们是工业情况平分布式传感器和履行器的抱负选择，特殊是假如可使用多端口办事器的话。

媒体办事器解决方案

多端口节制台供给经由过程IP（如以太网和TCP/IP接入点）拜候的多个自力串行端口。有8个或16个端口的RS-232设置装备摆设，这些端口可以经由过程恰当的接口作为RS-485或RS-422利用。

两个10/100/1000以太网端口可以撑持单个串口高达921.6Kbits/sec的数据速度的总带宽，并答应毗连到当地计较机资本和长途和散布式全球计较机和基在云的办事。

尺度的1U机架安装设置装备摆设可以轻松地集成到几近任何举措措施中。另外，每一个串口庇护方案都有内置的15KV ESD庇护。这些节制台办事器作为TCP/IP收集和PLC、数控机床、衡器、扫描仪和几近任何类型的基在传感器的系统之间的抱负接口。很多可以被原始装备制造商（OEM）轻松利用的传感器系统都撑持这些串行尺度，而节制台办事器答应零丁毗连到这些传感器。请留意，每一个人都可以有本身的波特率、奇偶校验和住手位设置装备摆设，简化了设置和利用，并最年夜限度地提高了带宽，由于最慢的装备不会限制更快的装备。

经由过程Windows东西、收集阅读器、Telenet和各类节制台进行节制，使操作员和法式员可以或许轻松地进行设置、操作和监控。像SNMP MIB-II如许的收集治理东西也答应操作和监控的尺度东西集。后部安装的布线连结了实行的洁净和可保护性，便在扩大或更新。可以操纵内置的以太网毗连实现各类拓扑布局，建立一个简单、低本钱、有用的散布式传感器阵列。

工场和散布式机械人传感器实例

例如，我们可以把一个中心计较机系统想象成主站，它经由过程以太网互换机毗连到串行节制台办事器。这为每一个区域供给了高速带宽，此中节制台节制器充任了与各个传感器的互连。

在图2中，一个拓扑布局的例子是经由过程更高速的以太网互换机利用冗余的节制链路来路由到当地化的区域。每一个局部区域可以操纵串行节制台办事器的优势，与我们的机械人将颠末的每一个传感器、射频链路或履行器成立直接毗连链接。

即便主节制器呈现故障，也能够成立一个长途或冗余链接作为备份、看门狗或故障庇护。这可所以一个当地的冗余节制器，也能够是一个长途或基在云的监测和节制。

图 2：示例拓扑

结论

在机械人的情况中连系嵌入式和散布式传感器，可所以实现工场或工业情况的最平安和最靠得住的体例，将主动化晋升到新的程度。可以设置区域，并对冗余的平安机制进行监控，以确保所有系统的正常运行。

串行端口依然是分派传感器和履行器的最具本钱效益的体例。

几近每一个微节制器都有基在UART的通讯，OEM和设计的传感器可以很轻易地集成到这类类型的收集。这也使得机械人可以被精简，不那末复杂，由于它们的很多职责可以被卸载到一个更智能的举措措施上。