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Les systèmes de contrôle répartis simplifient les trois C ? s de la robotique

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Vous pouvez être au courant de trois lois d'Asimov de la robotique, rendues célèbres dans ses beaucoup d'histoires de la science-fiction.

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Cependant, vous ne pouvez pas se rendre compte qu'il y a trois autres principes de organisation (peut-être assez non fort s'appeler les lois) ? trois C de la robotique, celui réellement jouent une partie dans des conceptions courantes de robotique.

Emprunté aux militaires, des communications, commandement et contrôle (parfois appelés le 3C), les trois principes de organisation de clef pour acquérir, traiter et diffuser l'information à travers sont distribués ? éléments de force. ? Des réalisations d'aujourd'hui de robotique peuvent également être considérées une collection d'éléments distribués de force ? principalement comptant sur la force mécanique cependant ? et ces trois ? C ? peut être aussi bien appliqué à la conception des systèmes distribués robotiques.

Communications

Les communications est probablement l'élément le plus facile à comprendre en regardant la conception d'un système distribué. Les éléments multiples utilisés pour la détection, la puissance, et la commande de moteur de formation image, de positionnement, environnementales (juste pour appeler uns) tout le besoin de communiquer les uns avec les autres et avec un contrôleur centralisé qui parvient et coordonne les activités détaillées pour accomplir une tâche. Des interfaces de communications standard, de câble ou sans fil, sont employées pour transférer sentir l'information à partir des bords du système à l'unité centrale de traitement. Quand l'unité centrale de traitement doit envoyer des instructions aux éléments de bord, peut-être de demander une mise à jour de sonde ou d'avancer un moteur pas à pas, la même interface est employée. Les microcontrôleurs (MCUs) sont habituellement l'intelligence dans les noeuds de fin et eux soutiennent une série d'interfaces de communications pour simplifier le transfert de données.

Souvent il est commode de réduire au minimum le trafic de données à partir du bord à l'unité centrale de traitement, et la capacité de traitement additionnelle est souvent déplacée ainsi à ces noeuds de bord. Ceci permet à quelques fonctions d'être faites localement dans les noeuds de bord, de sorte qu'on élimine le trafic de données intermédiaire. Seulement les mises à jour ou les demandes critiques de tâche doivent impliquer le contrôleur principal quand les dispositifs de bord sont plus autonomes. Comme exemple, des données de sonde doivent souvent être traitées pour voir si elles sont dans la marge permise. Si chaque mesure était envoyée à l'unité centrale de traitement elle produirait du trafic significatif et exigerait la capacité de traitement additionnelle par le contrôleur. Si la sonde peut faire le traitement localement et rapporter alors seulement au contrôleur si les lectures sont hors des limites (ou d'aller dans cette direction), l'unité centrale de traitement significative donnée-transfèrent la largeur de bande et la capacité de traitement peut être sauvée.

Trois lois d'Asimov de la robotique

Les trois lois de la robotique ont été à l'origine postulées par Isaac Asimov, science-fiction remarquable et auteur de science-fait. Ces lois ont été développées comme manière de garder des robots de nuire à des humains et comme thème pour les histoires de la science-fiction d'Asimov explorant les conséquences fortuites d'un tel système.

Un robot peut blesser un être humain ou, par l'inaction, ne pas permettre à un être humain de venir pour nuire.

Un robot doit obéir les ordres donnés le par des êtres humains, sauf là où de tels ordres seraient en conflit avec la première loi.

Un robot doit protéger sa propre existence aussi longtemps qu'une telle protection n'est pas en conflit avec la première ou deuxième loi.

Pour le complexe sentant des algorithmes, des trains de données de données multiples peuvent devoir être combinés et traités pour voir si une mesure doit être prise par l'unité centrale de traitement. Par exemple, l'information de formation image avec la vitesse et les mesures de distance peut prouver qu'un objet est de la manière de la tâche courante de mouvement. Si ces lectures peuvent être combinées, peut-être utilisant un contrôleur local décentralisé qui a accès à plusieurs des sondes de bord de clef, une alerte peut être envoyée à l'unité centrale de traitement et à une décision prises sur la façon dont réagir.

Souvent ces fonctions complexes exigent les possibilités de signal-traitement avancées qui sont maintenant disponibles dans même MCUs relativement bas de gamme. Comme exemple, dans la famille de Texas Instruments MSP430 MCU, même plusieurs des dispositifs bas de gamme font multiple-et-accumuler un matériel la fonction (MAC). Ces possibilités facilitent les algorithmes simples de traitement numérique du signal (DSP) qui sont souvent exigés en combinant des lectures de multiple-sonde, appelées la fusion de sonde, pour l'opération intelligente et autonome. Beaucoup de possibilités à rendement élevé de l'offre même DSP de MCUs, employées souvent pour des tâches plus complexes telles que des systèmes de formation image. Le MAC simple est suffisant pour un éventail de tâches de bas niveau et peut souvent de manière significative améliorer l'efficacité de puissance au-dessus des réalisations qui utilisent des dispositifs plus complexes.

Commande

Une fois le contrôleur de force accède à toute l'information futée de communications des sondes et les contrôleurs intermédiaires, il doit prendre des décisions sur la prochaine tâche. Si, par exemple, un robot autonome recherche des survivants enterrés en blocaille après un tremblement de terre, et ses senseurs infrarouges détectent la chaleur, le contrôleur doit décider quoi faire. Au cas où elle étudier plus plus loin ? Au cas où elle d'abord sentir l'environnement pour l'intégrité structurale ? Doit-elle obtenir plus près de détermine-t-elle si la signature de la chaleur est une personne ? Au cas où elle ? demandez ? un surveillant humain à peser-dans sur la prochaine étape ? Ces questions tout le besoin d'être traité par le contrôleur avant la prochaine commande est déterminée.

Dans beaucoup de cas plus d'information pourrait être nécessaire puisque les noeuds de bord peuvent seulement envoyer une alerte sans données derrière le raisonnement pour l'alerte. Si le traitement significatif est exigé qui est plus que les noeuds de bord peut manipuler, l'unité centrale de traitement devra-t-elle faire informatique substantiel ? levage lourd. ? Un processeur puissance-efficace et à rendement élevé est un bon choix pour de petits robots autonomes fonctionnant sur la puissance de batterie. Le contrôleur principal doit également connecter à une large variété de voies de transmissions pour les divers noeuds de bord et les contrôleurs intermédiaires. Les interfaces à grande vitesse, comme l'Ethernet et l'USB, sont nécessaires pour les contrôleurs intermédiaires. De même, les interfaces de bas-vitesse, comme SPI et UART, sont nécessaires pour les sondes de bas-vitesse.

Une nouvelle génération des processeurs incorporés efficaces a les dispositifs exigés pour ces nouvelles applications. Par exemple, le nouveau processeur de SoC X10xx de Quark d'Intel a un noyau puissance-efficace d'unité centrale de traitement aussi bien que les interfaces de communications multiples, y compris l'Ethernet, l'USB, PCIe 2.0, SPI, I2C et UART. Accédez à la mémoire hors puce, sous forme de la RDA de grande capacité ou de la bas-capacité mais un SRAM plus rapide, est soutenu par les blocs inclus de contrôleur de mémoire. Pour des applications de haut-fiabilité, une mémoire du code correcteur d'erreurs (CCE) peut trouver et corriger des erreurs de mémoire automatiquement. Les dispositifs de sécurité avancée améliorent la résistance aux intrusions malveillantes, un souci croissant pendant que les systèmes inclus font face à des attaques croissantes par les intrus organisés. La famille du Quark X10xx a même des membres avec des possibilités bloquées de botte qui détectent des tentatives de trifouiller le code de démarrage de botte, une des méthodes les plus agressives et les plus efficaces pour entailler dans les réseaux inclus.

Commande

À un certain point dans le système réparti de robotique, des signaux électriques doivent être traduits en mouvement mécanique. L'action mécanique peut impliquer de déplacer un châssis lourd aux vitesses (et de s'arrêter avec précision au bon endroit) ou de manoeuvrer un mécanique ? main ? pour avec précision saisir et soulever un petit objet. Dans l'un ou l'autre cas un moteur est probablement impliqué en traduisant les signaux électriques dans le mouvement mécanique exigé. La conception d'un éventail de moteurs est devenue beaucoup semblable ces dernières années pendant que les fabricants de MCU ont accéléré leur soutien des applications de moteur-commande.

MCUs ont été employés dans la commande de moteur pendant des années, et pendant que les nouveaux algorithmes ont évolué pour améliorer l'efficacité, pour augmenter la fiabilité, pour réduire l'usage et pour prolonger la vie d'opération, MCUs ont dû continuellement ajouter de nouvelles possibilités pour suivre ces changements. Par exemple, les possibilités de traitement améliorées, y compris le traitement de numérique-signal et la virgule flottante, peuvent maintenant débarquer des tâches de prétraitement de données de l'unité centrale de traitement principale. En plus, les temporisateurs de matériel peuvent mettre en application les tâches de bas niveau de former des courants et des tensions utilisés pour des algorithmes de commande, davantage de de libération vers le haut de l'unité centrale de traitement principale et d'améliorer l'efficacité de système. Les fabricants de MCU ont également augmenté leurs offres de logiciel pour inclure les outils spécialisés et le code prouvé pour simplifier des réalisations de moteur-commande. Certaines des offres les plus avancées permettent à des algorithmes de commande d'être configurés par le concepteur, transformant un processus de conception compliqué en employer un facile, guidé ? magicien ? pour créer le code d'application requis.

Les conceptions de référence qui aident à évaluer et les applications de moteur-commande de conception autres simplifient le processus de développement. Le famille de la cinétique MCU de Freescale, par exemple, a des conceptions multiples de référence de commande de moteur pour une série d'applications. Pour aider des concepteurs rapidement à diriger par les nombreux choix possibles, Freescale a créé un conseiller basé sur le WEB de solution pour aider à rétrécir vers le bas le mélange des dispositifs et des possibilités requis pour différentes applications de cible. Comme montré au dessus du schéma 3, les concepteurs de promenades de conseiller de Freescale par une série de questions au sujet des applications, les fonctions, les types de moteur, les dispositifs, les algorithmes de commande et la sonde dactylographie, avant de produire un rapport montrant les dispositifs, le développement embarque et la référence conçoit applicable à une conception spécifique. Après que des choix soient capturés, un rapport est produit montrant les exemples de référence et les notes d'application appropriés pour les conditions de conception spécifique du concepteur.

Résumé

Maintenant que vous connaissez les trois ? C ? de la robotique, vous pouvez appliquer ces éléments à n'importe quelle conception incluse, même si ce n'est pas une application de robotique. La détection distribuée avec des communications optimisées, des commandements efficaces et intelligents pour l'exécution de tâche, et contrôle intelligent de l'interface électromécanique, sont toute d'excellents principes de organisation pour n'importe quelle conception incluse complexe. Assurez-vous juste que vous ne laissez votre système inclus violer aucune de trois lois d'Asimov de la robotique. C'a pu être un problème réel.