Η τεχνητή νοημοσύνη, το 5G και οι τεχνολογίες μεγάλων δεδομένων επιταχύνουν τις βιομηχανικές αναβαθμίσεις σε όλους τους τομείς. Με την έλευση της εποχής Industry 4.0, οι βιομηχανικές τεχνολογίες εξελίσσονται προς μεγαλύτερη ευφυΐα και αυτοματισμό. Η τεχνολογία βιομηχανικού αυτοματισμού βρίσκεται στο επίκεντρο της τρέχουσας βιομηχανικής ανάπτυξης της Κίνας. Οι αισθητήρες ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-, που χαρακτηρίζονται από τις ισχυρές τους δυνατότητες διείσδυσης, χρησιμοποιούνται ευρέως σε έργα βιομηχανικού αυτοματισμού. Οι τυποποιημένες και αποτελεσματικές αυτοματοποιημένες λειτουργίες ευφυούς εξοπλισμού, όπως τα βιομηχανικά ρομπότ και οι ρομποτικοί βραχίονες, συνδέονται στενά με τις υψηλής{7}}δυνατότητες ανίχνευσης ακριβείας του ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-.
Ποια πλεονεκτήματα συγκρατεί το Millimeter-Wave Radar έναντι άλλων ραντάρ σε βιομηχανικές εφαρμογές;
Επί του παρόντος, οι αισθητήρες ραντάρ κατηγοριοποιούνται κυρίως σε τρεις τύπους: lidar, ραντάρ υπερήχων και ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-. Κάθε τύπος λειτουργεί με διακριτές αρχές και διαθέτει διαφορετικές δυνατότητες ανίχνευσης. Παρακάτω, αναλύουμε τα πλεονεκτήματα του ραντάρ χιλιοστών-κυμάτων σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Ανώτερη ικανότητα διείσδυσης: Με βάση τις ξεχωριστές αρχές λειτουργίας τους, διαφορετικά ραντάρ παρουσιάζουν ποικίλες δυνατότητες διείσδυσης. Το Lidar βασίζεται σε ακτίνες λέιζερ για να παρακολουθεί αντικείμενα και δεν μπορεί να διαπεράσει εμπόδια. Το ραντάρ υπερήχων ανιχνεύει αντικείμενα εκπέμποντας υπερηχητικά κύματα, τα οποία αποτυγχάνουν να διεισδύσουν σε πυκνότερους ή σκληρότερους στόχους. Το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-εντοπίζει αντικείμενα εκπέμποντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία μπορούν να διεισδύσουν σε πολυάριθμα μη-μη μεταλλικά υλικά όπως νερό, γυαλί και βλάστηση. Μεταξύ αυτών των τριών τύπων ραντάρ, το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-επιδεικνύει ανώτερη ικανότητα διείσδυσης.
Μεγάλη εμβέλεια ανίχνευσης
Το LiDAR παρακολουθεί αντικείμενα μέσω ακτίνων λέιζερ, επιτυγχάνοντας αποστάσεις ανίχνευσης έως και 50 μέτρα όταν δεν υπάρχουν εμπόδια. Το ραντάρ υπερήχων επιτυγχάνει την υψηλότερη ακρίβεια ανίχνευσης μεταξύ 0,1 και 3 μέτρων, με τυπικό εύρος πλευρικής ανίχνευσης έως και 8 μέτρα. Χρησιμοποιείται συνήθως σε συστήματα ραντάρ αυτοκινήτων. Το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-λειτουργεί σε συχνότητες μεταξύ κυμάτων εκατοστών και μικροκυμάτων, συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα τόσο του οπτικού όσο και του ραντάρ μικροκυμάτων για ανώτερη διείσδυση. Το τυπικό εύρος ανίχνευσης εκτείνεται από 0 έως 200 μέτρα, καθιστώντας το τη μεγαλύτερη{11}}απόσταση εμβέλειας.
Παρουσιάζει ισχυρή αντοχή σε παρεμβολές σε περιβάλλοντα λειτουργίας. Αντίθετα, η απόδοση του LiDAR υποβαθμίζεται κάτω από έντονο ηλιακό φως λόγω παρεμβολών λάμψης, επηρεάζοντας τα αποτελέσματα ανίχνευσης. Επιπλέον, οι υψηλές θερμοκρασίες ή οι συνθήκες καπνού μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο την ακρίβεια μέτρησης. Το ραντάρ υπερήχων βασίζεται σε υπερηχητικά κύματα που διαδίδονται μέσω ενός μέσου. Δεδομένου ότι η ταχύτητα μετάδοσης υπερήχων ποικίλλει ανάλογα με τα διάφορα μέσα, οι δυσμενείς καιρικές συνθήκες όπως η βροχή, το χιόνι ή οι αμμοθύελλες μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια της μέτρησης. Ωστόσο, το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-παραμένει ανεπηρέαστο από μεσαίου τύπου, ένταση φωτός ή θερμοκρασία, προσφέροντας ισχυρή αντίσταση σε εξωτερικές περιβαλλοντικές παρεμβολές.
Το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-υπεραποδίδει το LiDAR και το ραντάρ υπερήχων μέσω πλεονεκτημάτων όπως η εκτεταμένη εμβέλεια ανίχνευσης, η ανώτερη ικανότητα διείσδυσης και η περιβαλλοντική ευελιξία. Είναι πλέον ευρέως διαδεδομένο στον βιομηχανικό αυτοματισμό. Για να το υποστηρίξει αυτό, η Texas Instruments εισήγαγε εξειδικευμένα τσιπ ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-για διάφορες εφαρμογές βιομηχανικού αυτοματισμού.
TI IWR1443 76–81 GHz βιομηχανική ασφάλεια χιλιοστόμετρο-Αισθητήρας ραντάρ κυμάτων
Καθώς οι τεχνολογικές δυνατότητες προχωρούν, τα παραδοσιακά εργοστάσια μεταβαίνουν προς την έξυπνη κατασκευή ενσωματώνοντας εξοπλισμό αυτοματισμού όπως ρομποτικούς βραχίονες και έξυπνα ρομπότ. Η ασφάλεια παραμένει πρωταρχικής σημασίας στις πλήρως αυτοματοποιημένες εγκαταστάσεις. Για να το αντιμετωπίσει αυτό, η TI έχει αναπτύξει βιομηχανικούς αισθητήρες κυμάτων χιλιοστών-για ανίχνευση προσωπικού και αντικειμένων. Όταν ο αισθητήρας ανιχνεύει άτομα ή αντικείμενα που πλησιάζουν, ενεργοποιεί συστήματα ασφαλείας για την ελαχιστοποίηση των περιστατικών σύγκρουσης. Οι αισθητήρες κυμάτων χιλιοστών-διατηρούν την ακρίβεια ανίχνευσης ανεπηρέαστη από τα υψηλά επίπεδα σκόνης ή τη μεταβαλλόμενη ένταση φωτός σε περιβάλλοντα εργοστασίου.
Το IWR1443 είναι ένα εξαιρετικά ενσωματωμένο τσιπ αισθητήρα κυμάτων χιλιοστών- που βασίζεται στην τεχνολογία FMCW. Λειτουργώντας στη ζώνη κύματος 76–81 GHz χιλιοστών-, διαθέτει μικρότερα μήκη κύματος σε σύγκριση με τις παραδοσιακές ζώνες 24 GHz. Με συνεχές εύρος ζώνης 4 GHz, βελτιώνει την ανάλυση απόστασης, διευκολύνοντας τον εντοπισμό κοντινών αντικειμένων.
Το τσιπ ενσωματώνει εσωτερικά έναν παλμικό κινητήρα κλειστού{0}}υπερ-ακριβούς γραμμικής διαμόρφωσης συχνότητας PLL. Υποστηρίζει τρία κανάλια μετάδοσης σήματος και δύο κανάλια λήψης σήματος, με ταυτόχρονη λειτουργία δύο καναλιών κατά τη διάρκεια μετάδοσης σήματος χιλιοστών-κυμάτων. Το IWR1443 περιλαμβάνει δύο συστήματα ραδιοελέγχου ARM Cortex-R4F: το ένα για τη βαθμονόμηση ραδιοσυχνοτήτων και την παρακολούθηση ασφάλειας, το άλλο για τον έλεγχο του κύριου τσιπ, που επιτρέπει την απρόσκοπτη εναλλαγή μεταξύ κύριας και υποτελούς διπλής λειτουργίας.
Για τη διασύνδεση, διαθέτει δύο διεπαφές SPI που επιτρέπουν τη συνδεσιμότητα με περιφερειακούς επεξεργαστές για έλεγχο. Η διαχείριση ενέργειας χρησιμοποιεί ένα δίκτυο χαμηλής-διακοπής ρεύματος, βελτιώνοντας την αναλογία απόρριψης τροφοδοσίας. Λειτουργώντας σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών από -40 μοίρες έως 105 μοίρες, το IWR1443 χρησιμοποιεί ένα συμπαγές πακέτο BGA 10,4 mm × 10,4 mm 161 ακίδων. Αυτό διευκολύνει τον ευκολότερο σχεδιασμό διάταξης για τους μηχανικούς, ενώ ελαχιστοποιεί τις απαιτήσεις χώρου. Χαρακτηριζόμενο από το μικρό του αποτύπωμα, τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, την υψηλή ακρίβεια και την ευρεία ανοχή θερμοκρασίας, αυτό το τσιπ είναι ιδανικό για βιομηχανικές εφαρμογές, όπως αυτοματισμό εργοστασίων, αισθητήρες βιομηχανικής απόστασης, αισθητήρες βιομηχανικής ταχύτητας και συσκευές προστασίας ασφαλείας.
TI IWR6843 60–64 GHz βιομηχανικό έξυπνο ρομπότ χιλιοστόμετρο-Αισθητήρας ραντάρ κυμάτων
Όταν τα βιομηχανικά ρομπότ λειτουργούν δίπλα στους ανθρώπους, κινούνται αργά. Οι κατασκευαστές ρομποτικών βραχιόνων και αυτοματοποιημένων βιομηχανικών ρομπότ πρέπει να ενισχύσουν τις δυνατότητες περιβαλλοντικής ανίχνευσης σε σχέδια ρομπότ για την ταχεία ανίχνευση και πρόληψη πιθανών συγκρούσεων. Για να το αντιμετωπίσει αυτό, η TI ανέπτυξε τον αισθητήρα ραντάρ κυμάτων IWR6843 χιλιοστών-για ρομπότ.
Αυτό το έξυπνο τσιπ αισθητήρα, που βασίζεται στην τεχνολογία FMCW, εκτελεί-επεξεργασία δεδομένων και λήψη αποφάσεων- σε πραγματικό χρόνο ενώ λειτουργεί στη ζώνη συχνοτήτων 60–64 GHz. Υποστηρίζει λήψη 4{7}}καναλιών, μετάδοση σημάτων κυμάτων χιλιοστών σε 3 κανάλια, έλεγχο κλειστού βρόχου PLL και επιτάχυνση υλικού. Οι προδιαγραφές του ευθυγραμμίζονται σε μεγάλο βαθμό με το IWR1443, διαφέροντας κυρίως με την ενσωμάτωση ενός επεξεργαστή σήματος C674x DSP για βελτιωμένη υπολογιστική ισχύ. Αυτό το τσιπ αισθητήρα ραντάρ ανιχνεύει αντικείμενα εντός 10 μέτρων, χωρίς περιορισμούς στον τύπο του στόχου που ανιχνεύεται.
Όσον αφορά τη γωνία ανίχνευσης, υποστηρίζει μέγιστη ανίχνευση γωνίας 120 μοιρών-για την ακριβή αίσθηση του περιβάλλοντος περιβάλλοντος, αποτρέποντας επικίνδυνες συγκρούσεις μεταξύ βιομηχανικών ρομπότ και άλλων αντικειμένων ή ανθρώπων. Το IWR6843 λειτουργεί αποτελεσματικά σε περιβάλλοντα με καπνό, σκόνη ή κακές συνθήκες φωτισμού και μπορεί να ανιχνεύσει διαφανή αντικείμενα, να καλύψει τις ανάγκες της βιομηχανικής παραγωγής και να αντιμετωπίσει τις προκλήσεις αλληλεπίδρασης ανθρώπινων-μηχανών.
Περίληψη
Η ταχεία πρόοδος του βιομηχανικού αυτοματισμού είναι στενά συνυφασμένη με την τεχνολογία αισθητήρων. Το ραντάρ κυμάτων χιλιοστών-διακρίνεται για την ικανότητα διείσδυσης, το εύρος ανίχνευσης και την αντοχή του σε περιβαλλοντικές παρεμβολές. Σε σύγκριση με το lidar, προσφέρει σχετικά χαμηλότερο πλεονέκτημα κόστους και πλέον χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή. Αυτή η τεχνολογία ωθεί τον βιομηχανικό αυτοματισμό προς τα εμπρός, τοποθετώντας τον να αγκαλιάσει την εποχή του Industry 4.0 με βελτιωμένες δυνατότητες.