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拆解:Neato Robotics 的 D7 机器人吸尘器,中国机器人网,vrovro.com
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拆解:Neato Robotics 的 D7 机器人吸尘器
2021年09月02日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

来自加利福尼亚州Neato Robotics的 D7 机器人吸尘器拥有许多导航功能,例如区域清洁、禁行线和平面图映射。我们拆下 D7 看看这些功能如何

拆解:Neato Robotics 的 D7 机器人吸尘器 中国机器人网,vrovro.com

D7案例

顶,D7。中间,拆下集尘盒的 D7中国机器人网vrovro.com。底部,拆下电池后的 D7 底部。

实施并仔细观察激光雷达单元,帮助机器人找到它的出路。


D7 有两个顶盖,一个围绕机器人的前部,可以轻微移动并启动机械开关,当真空碰到物体时用作障碍物探测器,一个主盖用 Torx 螺钉连接。主盖还装有除尘器和用于空气输出的空气过滤器。取下顶盖,可以看到机器人前面的主要电子板以及激光雷达单元和各种传感器和电机的安装座。


D7 具有 Wi-Fi 接口,可直接与云服务器通信以进行设置、帐户信息、


D7 无线网络

德国安全研究人员描述的 D7 wifi 连接。点击图片放大

和机器人命令。机器人可以在没有云连接的情况下吸尘,但不能报告地图或遵守虚拟禁行线。当用户想要给它手动命令而不是它学习的映射的一部分时,机器人还会与智能手机应用程序通信。WiFi 芯片位于主电路板上,靠近真空吸尘器的前端可见。该芯片位于金属屏蔽之下,完全没有标记,因此我们无法确定是谁制造的。


D7 上的主处理器是德州仪器 (Texas Instruments) 芯片,具有非标准部件号。分析 D7 安全方面的德国研究人员报告称,MCU 实际上是一个定制的AM335x Sitara处理器芯片,启用了安全启动,这意味着 D7 的闪存芯片(来自金士顿科技的 4GB NAND)仅包含加密和签名的系统映像;物理攻击者无法拆焊闪存芯片来获取它。这些研究人员还报告说,MCU 运行 QNX 操作系统,总体而言,Neato 坚持


D7 盖已移除

去掉顶部的 D7。磁铁传感器将检测磁带以绘制远离区域的地图。光学传感器检测到没有地板,告诉机器人它即将离开边缘。机械接触传感器告诉 D7 它刚刚撞到了一个物体。点击图片放大

连接设备市场使用在工业设置中比在物联网设备中更常见的安全技术。


主 PCB 包含用于机器人 14.4V 电池的电平转换电路和充电管理 IC。需要注意的一点是,电池充电管理在此 PCB 上进行,而不是在 D7 对接充电的外部充电器中进行。充电连接由两个水平金属棒组成,位于机器人背面的排气口。充电时,机器人将自己放回到充电座中,这样两个金属条就会接触到充电座上的两个大金属触点。还有一个整流器连接在两个金属充电触点上,这可能是为了防止在充电过程中意外交叉接线。


真空上有六个直流电机——一个用于激光雷达,一个用于边刷,一个用于主刷和风扇电机,两个驱动轮中的每一个都有一个——它们都以 14.4 V 的电压运行。


主控板

主PCB和子板。点击图片放大。


其中三个电机可以变速运行并使用速度反馈。这些电机使用反馈


编码器极点

顶部,磁性编码器轮安装在轮式电机上。下面,将铁磁流体放置在编码器轮上方显示其八个磁极。点击图片放大。

由安装在电机轴上的磁盘和霍尔效应传感器组成的装置。将铁磁流体放在编码器轮的顶部表明它有八个磁极。因此,霍尔传感器每 45° 检测一次电机轴旋转。不幸的是,任何电机上都没有制造商标记,因此无法确定它们的转速范围和速度反馈的工作带宽。


主 PCB 上有两个电机驱动 IC(德州仪器 DRV8800),最有可能处理两个主轮上的各个电机。但是,没有用于旋转主刷的其他速度控制电机的电机驱动器 IC。造成差距的原因:主轮电机不仅要变速,还要反向。TI 芯片使双向运行以及运行速度控制反馈回路成为可能。相比之下,虽然主刷电机以不同的速度旋转,但它始终以相同的方向旋转。这使得它的驱动信号足够简单,Sitara MCU 可以直接处理;基本上,MCU 会监控电刷速度反馈回路并生成脉宽调制信号,以确定电机速度。


风扇马达和充电棒

此处风扇已翻转以显示其进气口。还可以看到充电连接。点击图片放大。

还要指出的是,D7中产生真空吸力的风扇,是中国台达电子制造的,是变速风扇。(它通常用于冷却服务器机架。)但是,D7 似乎仅以风扇的最高速度运行。


为激光雷达和边刷提供动力的电机通过 O 型环式拉伸带实现。风扇电机位于鼓风机外壳内,直接驱动离心式风扇。主刷电机通过结实的同步带式齿形带驱动刷子。两个主轮的电机使用双轴齿轮系,在提供扭矩倍增的同时还移动运动轴,因此输出与电机轴不成直线。输出齿轮与 D7 车轮内径上的齿啮合。


传动系统

顶部,一个驱动轮总成。下面,拆下外壳以显示传动系统。第二个齿轮似乎在那里将输出从驱动电机移开。点击图片放大。

两个驱动轮都有一个简单的悬挂系统,由一个位于轮组件和机器人底盘之间的压缩螺旋弹簧组成。悬挂系统的目的是让机器人在不平坦的表面上行驶,例如从裸露的地板移动到地毯。当机器人轮子完全离开地面时,弹簧完全伸展。微型开关检测每个轮组件何时完全伸展,向 D7 处理器发出机器人无法移动的信号。


激光雷达装置位于离心风扇上方的 PCB 上。该装置的中心是一个激光二极管和一个光学传感器


激光雷达帽已移除

激光雷达模块从真空风扇上方的位置移开。点击图片放大。

安装在塑料支架中,使它们彼此保持固定角度,因此传感器视野与激光二极管光束相交。我们使用直尺和三角形测量了交点,发现它离塑料支架两英尺多一点。


激光雷达印刷电路板 

顶部,PCB 安装在激光雷达单元的底部。中间,PCB 被移除并翻转以显示外壳中的感应线圈连接和 LED/光学传感器,用于与旋转激光雷达电子设备进行通信。点击图片放大。

机器人运行时,整个激光雷达模块及其所有电子设备都会旋转。因此,D7 必须从旋转平台上获取激光雷达数据并以某种方式返回 MCU。完成此任务的常用方法是通过滑环为旋转平台上的电触点提供连续连接。有趣的是,D7 激光雷达没有使用滑环。


为了给激光雷达装置供电,D7 使用了一个电感式拾音器。交流电源馈送到激光雷达模块底部的固定线圈。这


激光雷达板细节

激光雷达细节。顶部,MCU 和传感器 PCB 在激光雷达模块中的位置。下面是 MCU/传感器板及其与塑料激光二极管/传感器外壳配合的位置。接下来,移除了两个激光雷达 PCB。底部,将激光雷达数据传输回非旋转激光雷达 PCB 的 LED/光传感器特写。点击图片放大。

旋转激光雷达单元包含另一个与固定线圈同心的线圈。当单元旋转时,在旋转线圈中感应出交流电,该线圈被四个二极管和激光雷达板上的一个电容器整流为直流电。


光学传感器处理旋转激光雷达板和机器人其余部分之间的通信,无需任何物理连接。PCB 固定在外壳底部,用于固定激光雷达电机和旋转平台。该 PCB 用作多个机器人子系统的中心连接点,但还包含一个位于功率传输线圈中心的光电二极管和光电探测器。这两个设备形成了与连接到激光二极管/光电探测器外壳的 PCB 的光通信链路。该板上的另一个光电二极管/光电探测器对构成了光链路的另一半。在链路的两端,德州仪器 (TI)的双比较器 IC似乎可以处理光信号的脉冲整形,以供下游电子设备使用。


坞站

顶部,D7 的充电座用于电池充电。金属接触杆是弹簧加载的。中,扩展坞的开关电源 PCB 视图。控制器IC来自韩国ABOV半导体,貌似是非标件。底部,电源板。它似乎使用光耦合器将电路的高压交流部分与直流次级部分隔离。点击图片放大。

旋转激光雷达板上的主要组件是德州仪器 (Texas Instruments) TMS320F2802 32 位 MCU和一个用于拾取激光二极管反射的线性光电二极管阵列。线性光电二极管阵列上没有标记,但它位于 40 引脚封装上。如果它使用类似于大多数商业光电二极管阵列的架构,则引脚数意味着它包含大约 35 个光电二极管。


D7 的激光雷达方案比以前使用滑环连接的 Neato 机器人更复杂。D7 结构中尚不清楚的一个方面是 Neato 在主板之外使用了一个小的子板 PCB。子板显然不包含有源元件,它的功能对我们来说有点神秘。有趣的是,在 D7 之后发布的 Neato 真空机器人不再包含子板。


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