全球觀察：高密度電源模塊驅(qū)動新一代移動機(jī)器人發(fā)展

2022-07-18 16:00:00 來源: 電子創(chuàng)新網(wǎng)

功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新正在實現(xiàn)機(jī)器人設(shè)計的變革。今天的集成電源模塊可充分滿足尺寸、重量、電源預(yù)算以及成本效率的需求，從而將機(jī)器人從工廠、家庭以及商業(yè)應(yīng)用帶入一個想象中的廣闊新天地。

我們正處于一個機(jī)器人為我們的生活帶來巨大優(yōu)勢的歷史轉(zhuǎn)折點。有些機(jī)器人在餐廳接單，有些機(jī)器人負(fù)責(zé)安保工作，還有一些機(jī)器人在建筑工地工作，為平面布局提高精度。機(jī)器人無處不在。OLogic 在機(jī)器人數(shù)量的大量應(yīng)用過程中發(fā)揮著重要作用。

OLogic 公司是一家位于加州圣克拉拉的電子設(shè)計咨詢公司，擁有超過 15 年的豐富經(jīng)驗，通過提供電氣、機(jī)械工業(yè)工程支持以及軟件及固件工程設(shè)計，幫助客戶將大大小小的機(jī)器人設(shè)計推向市場。這其中包括電源電子器件集成專業(yè)技術(shù)，該技術(shù)是決定移動機(jī)器人的工作范圍、功能性和充電能力的主要設(shè)計考慮因素。

(相關(guān)資料圖)

“我認(rèn)為人們與我們建立業(yè)務(wù)關(guān)系的主要原因是，他們需要我們在他們將要構(gòu)建的機(jī)器人方面提供電子設(shè)計支持，我們對這種需求有獨特的見解，因為我們已經(jīng)構(gòu)建了上百款機(jī)器人。” OLogic 首席執(zhí)行官 Ted Larson 說。“您可以聘用一位曾經(jīng)在機(jī)器人公司工作過的工程師，也可以聘用一位管理人員來管理我們，您的整個項目就會取得成功。”

OLogic 為眾多行業(yè)設(shè)計了大量機(jī)器人，其中包括農(nóng)業(yè)、智慧家居以及庫存控制等。OLogic 的機(jī)器人客戶群可追溯到一家初創(chuàng)公司，這家公司被許多人看作硅谷移動機(jī)器人先驅(qū)。柳樹車庫（Willow Garage）以其將各高校及其他實體的現(xiàn)成開源軟件整合在一起，幫助機(jī)器人執(zhí)行艱巨任務(wù)的實力而聞名。

2014 年公司解散時，機(jī)器人軟件專家紛紛離開，他們后來創(chuàng)立了灣區(qū)幾乎所有重要的機(jī)器人初創(chuàng)型企業(yè)。這為 OLogic 開創(chuàng)了與 Savioke、Knightscope、Fetch 以及 Dusty Robotics 等公司合作的全新業(yè)務(wù)。

“機(jī)器人行業(yè)真正的搖滾明星是那些為機(jī)器學(xué)習(xí)或機(jī)器人算法任務(wù)導(dǎo)航等業(yè)務(wù)開發(fā)高級軟件的公司。”Larson說道。“電子器件是后來新增的。結(jié)果是人們認(rèn)為他們可以買到所有這些現(xiàn)成的東西，然后將其組裝起來。這很快就變成了不靠譜的計劃。”

優(yōu)先考慮電源

移動機(jī)器人具有獨特的電源挑戰(zhàn)。運行機(jī)器人的傳感器、伺服電機(jī)、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信系統(tǒng)以及其它設(shè)備有不同的電源和功率密度要求。有些很耗電，有些可能運行時間不多。這需要通過電池電源快速、清潔且經(jīng)濟(jì)高效地供電。

Vicor 公司向 OLogic 介紹了一種模塊化方法，用于為機(jī)器人構(gòu)建供電網(wǎng)絡(luò) (PDN)。Vicor 高密度電源模塊實現(xiàn)了高效率的電源轉(zhuǎn)換，可輕松擴(kuò)展，使其具有很強的適應(yīng)性很強。

Larson 說：“我們最近使用最多的部件是 Vicor ZVS 降壓穩(wěn)壓器。我們現(xiàn)已將其用于移動機(jī)器人的很多部位。我從來不用想：‘哦，在 12V 電壓下我需要 5A 或 10A 的電流，我要構(gòu)建自己的電源。’我再也不用這么想了。”

Dusty 消除了將建筑平面圖標(biāo)注在施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)勞動密集型過程，在施工現(xiàn)場編程的機(jī)器人可自動完成該任務(wù)。Dusty FieldPrinter 機(jī)器人先加載數(shù)字版平面圖，然后在地面打印出各種功能布局，如墻壁、門、管道設(shè)施以及電力設(shè)施等。

自動化構(gòu)建布局，省錢省時

Dusty Robotics (Dusty)是一家與 OLogic 密切合作優(yōu)化其電源配置的客戶。Dusty 總部位于加州山景城，為現(xiàn)代建筑工人制造機(jī)器人驅(qū)動的工具。

幾個世紀(jì)以來，建筑業(yè)一直使用兩種簡單的工具來繪制建筑平面圖：卷尺和粉筆線。即使今天，建筑師使用先進(jìn)的 3D CAD 模型設(shè)計大樓時，該過程仍需將布局打印在紙上，帶到工地進(jìn)行人工標(biāo)注。卷尺測量與標(biāo)記過程緩慢，容易出現(xiàn)人為錯誤，影響工程進(jìn)度及預(yù)算。Dusty 數(shù)據(jù)顯示，錯誤會導(dǎo)致返工，這通常占施工項目成本的 10%。

Dusty Robotics 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官 Philipp Herget 指出：“人工制定計劃會出現(xiàn)很多錯誤，實際錯誤甚至比建筑行業(yè)自己意識到的還多。我們聽說過一些布局錯誤導(dǎo)致建筑公司破產(chǎn)的案例。Dusty Robotics 可以防止這類錯誤的出現(xiàn)，因為所有標(biāo)注都不是手工完成的、都是由機(jī)器人完成的，準(zhǔn)確無誤。”

Dusty FieldPrinter 在準(zhǔn)確無誤的情況，可將速度提高 5 倍

Dusty 消除了將建筑平面圖標(biāo)注在施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)勞動密集型過程，在施工現(xiàn)場編程的機(jī)器人可自動完成該項任務(wù)。Dusty FieldPrinter 機(jī)器人先加載電子版平面圖，然后在地面打印出各種功能布局，如墻壁、門、管道設(shè)施以及電力設(shè)施等。它能夠以大約人工作業(yè)五倍的速度，在規(guī)范的十六分之一英寸的范圍內(nèi)完成這項工作。

這一創(chuàng)新使建筑行業(yè)的工作情況更像數(shù)字化制造商，不僅可提高一致性、可預(yù)測性和可靠性，同時還可為處于建筑施工流程核心位置的技術(shù)工人改善工作條件。此外，在建筑商將建筑預(yù)制板拼裝在一起時，Dusty 也有助于提高效率，這是一種越來越普遍的施工選擇。例如，與人工砌的可以實時調(diào)整的墻不同，預(yù)制建筑材料只能以一種方式組合在一起，如果安裝不正確，可能會加劇錯誤。

Dusty FieldPrinter 使建筑行業(yè)更像數(shù)字化制造商，不僅可提高一致性、可預(yù)測性和可靠性，同時還可為處于建筑施工流程核心位置的技術(shù)工人改善工作條件。

Herget 表示：“如果能縮短工期，就能加快竣工速度。竣工越早，付款的速度就越快。時間就是金錢。在建筑行業(yè)，速度的價值極高。”

為 Dusty FieldPrinter 機(jī)器人供電

Dusty 的 FieldPrinter 是一款電池供電的移動機(jī)器人，可在各種氣象條件下長期工作。它包括大量不同的電子設(shè)備，有傳感器、驅(qū)動電機(jī)和電動組件、計算量很大的處理器以及一款打印機(jī)等，所有這些設(shè)備都有不同的工作電壓及電流需求。因此，Dusty 很大一部分電子設(shè)計都集中在電源轉(zhuǎn)換方面，以便在電池輸出電壓不斷變化的環(huán)境中為多個組件供電。

這就是為什么 Dusty 委托 OLogic 為其機(jī)器人構(gòu)建核心電子元器件的原因。OLogic 一開始使用的是分立式電源解決方案。但隨著時間的推移，該公司開始意識到，他們根本無法設(shè)計出像 Vicor 電源模塊一樣工作效率和散熱效率都很高，而且工作范圍很寬的產(chǎn)品。此外， ZVS 降壓穩(wěn)壓器等 Vicor 模塊在供電方面還具有極高的成本效益。

“Vicor ZVS 降壓穩(wěn)壓器采用極小封裝提供 200 ~ 300W 的功率，效率高達(dá) 97%。” Larson 驚嘆道。“你不可能從頭開始設(shè)計這樣的產(chǎn)品，而且以同樣的價格使其良好運行。因此，沒有理由不使用 Vicor 產(chǎn)品。這比分立式設(shè)計簡單，速度更快。我不需要驗證，而且面臨的風(fēng)險更小。”

Dusty 機(jī)器人很復(fù)雜，需要 12V、5V 和 3V 的電源在大功率下運行。通過一系列 Vicor 模塊管理電源轉(zhuǎn)換，有助于縮短設(shè)計進(jìn)程，可確保在不同的工作范圍及溫度范圍（室內(nèi)室外）間可靠運行。

憑借很長的電池使用壽命和業(yè)界一流的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，Dusty 的機(jī)器人創(chuàng)新正在幫助建筑行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化，可基于數(shù)字模型，在工地上創(chuàng)建一個唯一的真實數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，建筑師、總承包商以及每個商業(yè)合作伙伴都不再根據(jù)自己的紙質(zhì)方案施工，各單位均根據(jù)標(biāo)注在工地上的統(tǒng)一設(shè)計各司其職。能夠提供數(shù)字布局，就能增強這些眾多合作伙伴之間的協(xié)調(diào)性，從而可完善規(guī)劃，提高執(zhí)行力并可縮短竣工時間。

Herget 講道：“施工自動化正在增強人類改造世界的能力。人們過去使用螺絲刀，現(xiàn)在使用電動工具。這可大幅簡化工作。我們的機(jī)器人驅(qū)動工具可在改善技術(shù)工人工作環(huán)境的同時，幫助建筑行業(yè)實現(xiàn)升級，創(chuàng)造更好的結(jié)果。”

關(guān)鍵詞：移動機(jī)器人施工現(xiàn)場建筑平面圖電子設(shè)計電源模塊

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