{{{sourceTextContent.title}}}

¿Los sistemas de control distribuido simplifican los tres C? s de la robótica

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Usted puede ser familiar con tres leyes de Asimov de la robótica, hechas famosas en sus muchas historias de la ciencia ficción.

{{{sourceTextContent.description}}}

¿Sin embargo, usted no puede realizar que hay tres otros principios de organización (quizás no fuerte bastante ser llamado las leyes)? las tres c de la robótica, de que juegan realmente a mayores partes en diseños actuales de la robótica.

¿Pedido prestado de los militares, las comunicaciones, comando y control (a veces llamados 3C), los tres principios de organización de la llave para adquirir, procesar y diseminar la información a través de se distribuyen? ¿elementos de la fuerza.? ¿Las puestas en práctica de hoy de la robótica se pueden también considerar una colección de elementos distribuidos de la fuerza? ¿sobre todo confiando en fuerza mecánica sin embargo? ¿y estos tres? ¿C? puede ser aplicado al diseño de sistemas distribuidos robóticos también.

Comunicaciones

Las comunicaciones son probablemente el elemento más fácil a entender al mirar el diseño de un sistema distribuido. Los elementos múltiples usados para la detección de la proyección de imagen, de la colocación, ambientales, la energía, y el control de motor (apenas nombrar algunos) toda la necesidad de comunicar con uno a y con un regulador centralizado que maneja y coordina las actividades detalladas para lograr una tarea. Los interfaces de comunicaciones estándar, atados con alambre o sin hilos, se utilizan para transferir la detección de la información de los bordes del sistema a la unidad central de proceso. Cuando la unidad central de proceso necesita enviar instrucciones a los elementos del borde, quizás de pedir una actualización del sensor o de avanzar un motor de pasos, se utiliza el mismo interfaz. Los microcontroladores (MCUs) son generalmente la inteligencia dentro de los nodos del final y ellos apoyan una variedad de interfaces de comunicaciones para simplificar transferencia de datos.

Es a menudo conveniente reducir al mínimo el tráfico de datos del borde a la unidad central de proceso, y la capacidad de cálculo adicional se mueve así a menudo a estos nodos del borde. Esto permite que algunas funciones sean hechas localmente dentro de los nodos del borde, para eliminar tráfico de datos intermedio. Solamente las actualizaciones o las peticiones críticas de la tarea necesitan implicar el regulador principal cuando los dispositivos del borde son más autónomos. Como ejemplo, los datos del sensor necesitan a menudo ser procesados para considerar si están dentro de la gama permitida. Si cada medida fuera enviada a la unidad central de proceso generaría tráfico significativo y requeriría capacidad de cálculo adicional por el regulador. Si el sensor puede hacer el proceso localmente y entonces divulgar solamente al regulador si las lecturas están fuera de los límites (o de entrar en esa dirección), la unidad central de proceso significativa dato-transfiere anchura de banda y la capacidad de cálculo puede ser ahorrada.

Tres leyes de Asimov de la robótica

Las tres leyes de la robótica fueron postuladas originalmente por Isaac Asimov, ciencia-ficción conocida y autor del ciencia-hecho. Estas leyes fueron desarrolladas como manera de guardar las robustezas de dañar seres humanos y como tema para las historias de la ciencia-ficción de Asimov que exploraban las consecuencias involuntarias de tal sistema.

Una robusteza puede dañar a un ser humano o, con la inacción, no permitir que un ser humano venga dañar.

Una robusteza debe obedecer las órdenes dadas la por los seres humanos, a menos que donde tales órdenes estarían en conflicto con la primera ley.

Una robusteza debe proteger su propia existencia mientras tal protección no está en conflicto con la primera o segunda ley.

Para el complejo que detecta algoritmos, las secuencias de datos múltiples pueden necesitar ser combinado y ser procesado para ver si medidas se deben tomar por la unidad central de proceso. Por ejemplo, la información de la proyección de imagen junto con velocidad y medidas de la distancia puede demostrar que un objeto está de la manera de la tarea actual del movimiento. Si estas lecturas pueden ser combinadas, quizás usando un regulador local descentralizado que tenga acceso a varios los sensores del borde de la llave, una alarma se puede enviar a la unidad central de proceso y a una decisión tomadas en cómo reaccionar.

Estas funciones complejas requieren a menudo las capacidades de señal-proceso avanzadas que están disponibles ahora en incluso MCUs relativamente bajo. Como ejemplo, en la familia de Texas Instruments MSP430 MCU, incluso muchos de los dispositivos bajos hacen que un hardware múltiple-y-acumule la función (del MAC). Esta capacidad facilita la señal numérica simple que procesa los algoritmos (DSP) que se requieren a menudo al combinar las lecturas del múltiple-sensor, llamadas fusión del sensor, para la operación inteligente y autónoma. Muchas capacidades de alto rendimiento de la oferta incluso DSP de MCUs, de uso frecuente para tareas más complejas tales como sistemas de la proyección de imagen. El MAC simple es suficiente para una amplia gama de tareas bajas y puede mejorar a menudo perceptiblemente eficacia de energía sobre las puestas en práctica que utilizan dispositivos más complejos.

Comando

El regulador de la cañería tiene acceso una vez a toda la información elegante de las comunicaciones de los sensores y los reguladores intermedios, necesita tomar decisiones en la tarea siguiente. Si, por ejemplo, una robusteza autónoma está buscando a los sobrevivientes enterrados en escombros después de un terremoto, y sus sensores infrarrojos detectan calor, el regulador necesita decidir qué hacer. ¿Debe investigar más lejos? ¿Debe primero detectar el ambiente para la integridad estructural? ¿Necesita conseguir más cercano a determinó si la firma del calor es una persona? ¿Debe? ¿pida? ¿un supervisor humano pesar-en en al paso siguiente? Estas preguntas toda la necesidad de ser procesado por el regulador antes del comando siguiente son resueltas.

En muchos casos más información pudo ser necesaria puesto que los nodos del borde pueden enviar solamente una alarma sin los datos detrás del razonamiento para la alarma. ¿Si el proceso significativo se requiere que es más que los nodos del borde puede dirigir, la unidad central de proceso necesitará hacer de cómputo substancial? ¿elevación pesada.? Un procesador energía-eficiente, de alto rendimiento es una buena opción para las pequeñas robustezas autónomas que funcionan en energía de batería. El regulador principal también necesita interconectar a una gran variedad de canales de comunicaciones para los varios nodos del borde y los reguladores intermedios. Los interfaces de alta velocidad, como Ethernet y el USB, son necesarios para los reguladores intermedios. Semejantemente, los interfaces de la bajo-velocidad, como SPI y el UART, son necesarios para los sensores de la bajo-velocidad.

Una nueva generación de procesadores encajados eficientes tiene las características requeridas para estas nuevas aplicaciones. Por ejemplo, el nuevo procesador del SoC X10xx del Quark de Intel tiene una base energía-eficiente de la CPU así como interfaces de comunicaciones múltiples, incluyendo Ethernet, USB, PCIe 2.0, SPI, I2C y UART. Tenga acceso a la memoria fuera de chip, bajo la forma de RDA de gran capacidad o bajo-capacidad pero un SRAM más rápido, es apoyado por los bloques encajados del regulador de la memoria. Para los usos de la alto-confiabilidad, una memoria del código error-correcting (ECC) puede encontrar y fijar errores de memoria automáticamente. Los rasgos de seguridad avanzados mejoran la resistencia a las intrusiones malévolas, una preocupación cada vez mayor mientras que los sistemas encajados están haciendo frente a ataques cada vez mayores de los piratas informáticos organizados. La familia del Quark X10xx incluso tiene miembros con una capacidad segura del cargador que detecte tentativas de tratar de forzar con el código de lanzamiento del cargador, uno de los métodos más agresivos y más eficaces para cortar en redes encajadas.

Control

En un cierto punto en el sistema distribuido de la robótica, las señales eléctricas necesitan ser traducidas al movimiento mecánico. ¿La acción mecánica puede implicar el mover de un chasis pesado en las velocidades (y el parar en exacto el lugar correcto) o el manipular de un mecánico? ¿mano? para agarrar y levantar exacto un pequeño objeto. En cualquier caso un motor está implicado probablemente en traducir las señales eléctricas en el movimiento mecánico requerido. El diseño de una amplia gama de motores ha llegado a ser mucho similar estos últimos años mientras que los fabricantes de MCU han acelerado su ayuda para los usos del motor-control.

MCUs se ha utilizado en el control de motor por años, y como los nuevos algoritmos se han desarrollado para mejorar eficacia, para aumentar confiabilidad, para reducir desgaste y para prolongar curso de la vida del funcionamiento, MCUs ha tenido que continuamente agregar nuevas capacidades para continuar con estos cambios. Por ejemplo, las capacidades de proceso mejoradas, incluyendo el proceso de la digital-señal y la coma flotante, pueden ahora sacar datos tareas del proceso previo de los datos de la CPU principal. Además, los contadores de tiempo del hardware pueden ejecutar las tareas bajas de formar las corrientes y los voltajes usados para los algoritmos de control, de liberar adicional encima de la CPU principal y de mejorar eficacia de sistema. Los fabricantes de MCU también han ampliado sus ofrendas del software para incluir las herramientas especializadas y código probado para simplificar puestas en práctica del motor-control. ¿Algunas de las ofrendas más avanzadas permiten que los algoritmos de control sean configurados por el diseñador, dando vuelta a un proceso de diseño complicado en usar un fácil, dirigido? ¿mago? para crear el código de uso requerido.

Los diseños de la referencia que ayudan a evaluar y los usos del motor-control del diseño más futuros simplifican el proceso de desarrollo. La familia de la cinética MCU de Freescale, por ejemplo, tiene diseños múltiples de la referencia del control de motor para una variedad de usos. Para ayudar a diseñadores rápidamente a navegar con las muchas opciones posibles, Freescale ha creado a un consejero en Internet de la solución para ayudar a enangostar abajo la mezcla de características y de capacidades necesarias para los varios usos de la blanco. Como se muestra en la tapa del cuadro 3, los diseñadores de las caminatas del consejero de Freescale con una serie de preguntas sobre usos, las funciones, los tipos del motor, las características, los algoritmos de control y el sensor mecanografía, antes de producir un informe que demuestra los dispositivos, el desarrollo sube y la referencia diseña aplicable a un diseño específico. Después de que se capturen las selecciones, un informe se genera que demuestra los ejemplos de la referencia y las notas de uso relevantes para los requisitos de diseño específico del diseñador.

Resumen

¿Ahora que usted conoce los tres? ¿C? de la robótica, usted puede aplicar estos elementos a cualquier diseño encajado, incluso si no es un uso de la robótica. La detección distribuida con comunicaciones optimizadas, los comandos eficientes e inteligentes para la ejecución de la tarea, y control inteligente del interfaz electromecánico, es toda los principios de organización excelentes para cualquier diseño encajado complejo. Apenas cerciórese de usted no permita que su sistema encajado viole cualesquiera de tres leyes de Asimov de la robótica. Eso podía ser un problema real.