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理论原理

移动机器人技术漫谈(十):无线通讯

工业机器人由于位置相对固定,通常使用线缆与控制器进行通讯。而移动机器人运动范围较大,一般使用无线通讯的方式与后方控制台或调度系统进行通讯。常见的移动机器人无线通讯方式包括:4G/5G、Bluetooth、ZigBee、WiFi、LPWAN、UWB等。

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发布于 1个月前 阅读:271

       工业机器人由于位置相对固定,通常使用线缆与控制器进行通讯。而移动机器人运动范围较大,一般使用无线通讯的方式与后方控制台或调度系统进行通讯。常见的移动机器人无线通讯方式包括:4G/5G、Bluetooth、ZigBee、WiFi、LPWAN、UWB等,以下详细说明。

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  • 4G/5G技术

       4G即第四代移动通信技术,该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式,以正交频分多址(OFDMA)技术为核心,用户峰值速率可达100Mbps至1Gbps,是一种宽带接入和分布式的全IP架构网络,能够支持各种移动宽带数据业务。

       5G即第四代移动通信技术,它是4G之后对现有的无线通信技术的演进。对于5G的关键技术,还可进一步细化归纳大规模天线、超密集组网、全频谱接入、新型多址、新型多载波、先进调制编码、终端直通技术、灵活双工、全双工、频谱共享等十大关键技术。5G 更强调用户体验速率,将达到Gbps量级。与4G相比,5G最大的变化在于,其服务的对象从过去的人与人之间的通讯,增加了人与物、物与物之间的互联,实现全连接。

       优点:速率快,时延低,稳定性高,可靠性高。

       缺点:4G/5G蜂窝式网络设备价格昂贵、成本高、用电大,须网络运营提供设备支持。

  • Bluetooth技术

       蓝牙技术最早始于1994,由瑞典爱立信研发。它采用跳频技,通信频段为2.402G Hz-2.480GHz。截止目前为止已经更新了10个版本,通信半径从几米到几百米延伸。蓝牙技术被广泛的使用在手机,PDA等移动设备上,PC、GPS设备以及大量的无线外围设备(蓝牙耳机、蓝牙键盘等)。

       蓝牙技术也紧跟物联网的发展脚步。最新的蓝牙5.0数据传输速率可达24Mbps、隐私功能更强大,Ipv6网络支持。蓝牙5.0加入室内定位辅助功能,结合Wi-Fi可以实现精度小于1米的室内定位。在智能家居领域,采用了Bultooth Smart技术的蓝牙设备之间可以不通网络就能实现设备与设备之间的“对话”。由此可以解决突然断网没有了WiFi的情况下,智能家居设备们仍将可以继续工作。

       优点:速率快、低功耗,安全性高。

       缺点:网络节点少,组网规模小,不适合多点布控。

  • ZigBee技术

       Zigbee被正式提出来是在2003年,它的出现是为了弥补蓝牙通信协议的高复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等缺陷。ZigBee可工作在三个频段868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz,其中最后一个频段世界范围内通用,16个信道,并且该频段为免付费、免申请的无线电频段。三个频段传输速率分别为20kbps,40kbps以及250kbps。

       ZigBee采用自组网的方式进行通信,也是无线传感器网领域最为著名的无线通信协议。在无线传感器网络中,当某个传感器的讯息从某条通信路径无法顺畅的传递出去时,动态路由器会迅速的找出另外一条近距离的信道传输数据,从而保证了信息的可靠传递。

       ZigBee不算主流的无线通讯技术,但却以其低功耗、低成本,低速率、高容量、长时间的电池寿命的特点深受一些厂家的追捧。

       优点:安全性高,功耗低,组网能力强,容量大,电池寿命长。

       缺点:成本高,抗干扰性差,ZigBee协议没有开源,通信距离短。

  •  WiFi技术

       WIFI是一种短距离无线传输技术,采用的标准是IEEE802.11a以及IEEE802.11b,使用频段一般是在2.4GHz,传输距离一般达到100m左右,组网方式较为简单,由AP和无线网卡组成的无线网络即可,目前除了在许多宾馆、餐饮店、图书馆、办公楼以及家庭等场所使用WIFI,只需要携带支持WIFI的终端即可接入互联网,同时还应用在智能家居控制方面,例如电视、空调、灯具、窗等。

       优点:灵活性和移动性、部署便捷

       缺点:易受干扰,传输速率低,传输距离较短,安全性较差

  • LPWAN技术

       LPWAN(Low Power Wide Area Network)低功耗广域网络,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的。在全球范围内的多种LPWAN技术中,NB-IoT、LoRa是应用范围最广的两种技术。

       在未授权频谱技术中,LoRa处于主导地位。LoRa除了具有网络容量大、功耗低、信号穿透能力强、高速移动信号稳定、可定位等特点外,最大优势在于同等功耗条件下无线射频通信距离更远。LoRa可以广泛应用在工业控制、城市管理、电网巡检控制、油气管道监控、农业灌溉、环境监测等领域。

       优点:网络容量大、功耗低、信号穿透能力强、高速移动信号稳定、可定位,通信距离远

       缺点:传输效率稍低

  • UWB技术

       UWB(Ultra Wide Band)超宽带,一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,能在10m左右的范围内实现数百Mb/s至数Gb/s的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势,主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。

       由于UWB脉冲的时间宽度极短,因此也可以采用高精度定时来进行距离测算。相比Wi-Fi和蓝牙定位技术,UWB具有如下优势:抗多径能力强,定位精度高,时间戳精度高,电磁兼容性强,能效较高。

       优点:抗多径能力强,定位精度高,时间戳精度高,电磁兼容性强,能效较高

       缺点:信号易受障碍物遮挡,设备成本高

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他很懒,什么都没有留下~