متطلبات منتجات محث الروبوتات البشرية واختيار التطبيقات

إن الطلب المتزايد على الأتمتة في الصناعات التصنيعية وخدمية يدفع نحو التطور السريع للروبوتات الشبيهة بالإنسان. ومع ازدياد درجات الحرية (DOF) وتحسين سرعة الاستجابة للبيئة، أصبحت الروبوتات الشبيهة بالإنسان أكثر تعقيدًا، مما يمكنها من محاكاة حركات الإنسان بشكل واقعي أكثر. إن زيادة درجات الحرية يعني أن الروبوتات الشبيهة بالإنسان تحتاج إلى محركات دفع أكثر، وتؤدي المحاثات دورًا مهمًا في أنظمة التحكم بالمحركات، وإدارة الطاقة، وتجهيز الإشارات الخاصة بالروبوتات الشبيهة بالإنسان.

1- التطبيق الرئيسي للمحاثات في الروبوتات الشبيهة بالإنسان

تُستخدم المحاثات بشكل رئيسي في الروبوتات الشبيهة بالإنسان في محركات الدفع، وإدارة الطاقة، ومعالجة الإشارات.

محرك الدفع: تحتوي الروبوتات البشرية عالية الجودة الموجودة في السوق عادةً على 40-50 محركًا مفصليًا، تُحدد هذه المحركات مدى حرية الروبوت ومرونته. يقوم الملف الحثي بتشغيل المحرك ليدور بسلاسة من خلال تخزين الطاقة وتوفير تيار مستقر، مما يساعد نظام التحكم في محرك الروبوت البشري على تحقيق حركة المفاصل، وتعديل الوضعية، والتوازن الديناميكي. تتطلب محركات القيادة والأحمال عالية القدرة ملفات حثية تتمتع بخصائص تيار اشباع مرتفع وقدرة عالية على حمل التيار للتعامل مع تقلبات التيار اللحظية. وفي الوقت نفسه، من الضروري تقليل الفاقد لتحسين كفاءة النظام وزيادة عمر البطارية.

إدارة الطاقة: المحاثات هي المكونات الأساسية لمحولات التيار المستمر-التيار المستمر (مثل دوائر خفض الرفع) في أنظمة إدارة الطاقة، حيث توفر إمدادًا كهربائيًا مستقرًا عند جهود مختلفة لمُعالجات الذكاء الاصطناعي، وأجهزة الاستشعار، ووحدات الاتصالات، وغيرها، مما يحسّن توزيع الطاقة وكفاءة التحويل. وتشترط هذه التطبيقات مقاومة تيار مستمرة منخفضة (DCR)، وكفاءة تحويل عالية لتقليل الفقد في الطاقة، والتيار التشبع العالي واستقرار درجة الحرارة الجيد.

معالجة الإشارة: في أنظمة معالجة الإشارات، تُستخدم المحاثات بشكل أساسي لقمع الضوضاء عالية التردد والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، مما يضمن نقاء الإشارة. على سبيل المثال، في نظام الإدراك، تسهم في تحقيق إدراك الروبوتات الشبيهة بالإنسان للبيئة الخارجية وتوفير تغذية تفاعلية. وفي أنظمة الاتصالات والتحكم، تُستخدم تصاميم المحاثات لمكافحة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) لضمان قدرة مقاومة التدخل في وحدات الرادار والكاميرات والاتصالات اللاسلكية وغيرها، وبالتالي تحسين استقرار تشغيل المعدات.

الشكل 1: الموقع الرئيسي للمحرك المشترك للروبوت الشبيه بالإنسان (صورة من TI)

2- الطلب على المحاثات للروبوتات الشبيهة بالإنسان

نظام الروبوتات الشبيهة بالإنسان الإلكتروني معقد، ولتحقيق التحكم الدقيق في الحركة والاتصال الموثوق، لا يمكن فصله عن دعم المكونات الأساسية مثل المحاثات. كما تحدد الخصائص التقنية للروبوتات الشبيهة بالإنسان متطلباتها العالية لأداء منتجات المحاثات وتصميمها الهيكلي. وتتمثل هذه المتطلبات أساسًا في الآتي:

2.1 التصغير وكثافة الطاقة العالية

المساحة الداخلية للروبوتات البشرية شديدة الضيق، وتدمج عددًا كبيرًا من المحركات، ووحدات الحوسبة (CPU/GPU)، وأجهار الاستشعار، إلخ، ويجب أن تكون لوحة الدوائر الكهربائية (مثل POL، محول نقطة التحميل) مصغرة. ويُطلب من المحاثات أن تكون صغيرة وخفيفة لتناسب التصاميم الهيكلية الضيقة، مع الحفاظ على كثافة طاقة عالية لتحقيق معالجة طاقة عالية ضمن مساحة صغيرة. ويمكن للمحاثات ذات البنية المقولبة أو المدرعة أن تتحمل ت currents التشبع والت currents ارتفاع درجة الحرارة بحجم فيزيائي صغير جدًا، وهو أمر أساسي لتحقيق إنتاج طاقة عالي في مساحة محدودة.

2.2 أداء قوي ضد التداخل الكهرومغناطيسي

البيئة الكهرومغناطيسية الداخلية للروبوتات معقدة، وتشمل دوائر رقمية عالية السرعة، وضجيج تبديل قوي من مشغلات المحركات، وأجهزة استشعار حساسة (مثل وحدات القياس المدمجة IMUs والكاميرات). إن استخدام المحاثات غير المدرعة يولد مجالاً مغناطيسيًا قويًا ويصبح مصدرًا للتداخل الكهرومغناطيسي، مما يؤثر بشكل جدي على استقرار قراءات المستشعرات ونظام التحكم. تتميز المحاثة المدرعة بتسرب مغناطيسي ضئيل، مما يقلل بشكل فعال من التداخل الكهرومغناطيسي، ويضمن التشغيل الموثوق للمكونات الأخرى في النظام. لذلك، فإن المحاثات المصهورة، ومحاثات الطاقة ذات التيار العالي، ومحاثات الطاقة الأخرى ذات الهياكل المدرعة مغناطيسيًا تمثل خيارات أكثر مثالية.

2.3 تيار التشبع العالي

يتغير الحمل الديناميكي للروبوت تغيّرًا كبيرًا، مثل عند البدء المفاجئ أو التشغيل أو رفع الأجسام الثقيلة، حيث يرتفع تيار المحرك ووحدة المعالجة بشكل فوري. يجب أن تكون الملفات قادرة على تجنب التشبع المغناطيسي عند التيارات العالية (أي لا ينخفض قيمة الحث بشكل حاد)، وإلا فإن حلقة الطاقة ستفقد السيطرة، مما يؤدي إلى انهيار جهد النظام وإعادة التشغيل. لذلك، يجب أن تمتلك الحثية خصائص "التشبع اللين"، أي عندما تقترب من تيار التشبع، تنخفض قيمة الحث ببطء بدلاً من الانخفاض الشديد. وهذا يوفر عازلًا لنظام التحكم بالطاقة ويعزز موثوقية النظام.

2.4 أداء قوي في مقاومة الاهتزاز والصدمات

تتحرك الروبوتات البشرية بشكل متكرر وتتعرض لكثير من الاهتزازات الميكانيكية، وبالتالي يجب أن يكون الملف المقاوم للصدمات والاهتزازات، ويجب أن تكون وصلات اللحام قوية، وأن تتحمل الغلاف والملف الداخلي الإجهاد الميكانيكي. يُثبت هيكل القالب بالكامل الملف داخل المادة المغناطيسية، ما يمنحه قوة ميكانيكية عالية جداً ومقاومة قوية جدًا للصدمات، وبالتالي يُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الروبوتات البشرية.

2.5 التكيف مع البيئات عالية التردد وعالية الحرارة

يجب أن يمتلك الملف خصائص تترددية عالية جيدة، بحيث يمكنه كبح التداخل عالي التتردد بفعالية، وتقليل الموجة المتوازية والضوضاء، والحفاظ على فقد طاقة منخفض عند التترددات العالية لتحسين كفاءة التحويل.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون الملفية قادرة على الحفاظ على استقرار قيمة الحث في بيئة ذات درجة حرارة عالية، وأن يقل قيمة العامل Q بشكل ضئيل، وألا يتدهور الأداء بسهولة، وذلك لضمان موثوقية أداء الحث للروبوت أثناء العمل لفترات طويلة.

الشكل 2 تطبيق الملفية في الروبوت الشبيه بالإنسان

3- كوداكا حل الملفية للروبوتات الشبيهة بالإنسان

في التطبيقات مثل الروبوتات الشبيهة بالإنسان، التي تجمع بين كثافة طاقة عالية، وكفاءة عالية، وموثوقية عالية، وبيئات تشويش كهرومغناطيسي معقدة، وظروف ميكانيكية قاسية، أصبحت الملفيات عالية التيار، المدرعة، ذات القلب المسحقي السبائحي الخيار الرئيسي لا محالة في دوائر الطاقة، خاصةً في مصادر الطاقة القريبة من النقطة (POL) الوحدات الحاسوبية الأساسية ومحركات الدفع للمفاصل، وذلك بفضل مزاياها الأدائية الشاملة. ويُعد تصميمها توازناً مثالياً بين التحديات الأساسية الثلاثة: الأداء، والحجم، والموثوقية.

من خلال البحث والتطوير المستقل والابتكار التكنولوجي، توفر شركة كوداكا حلولاً مُعدة لمحثات الروبوتات البشرية، وقامت الشركة بإطلاق فئات متعددة ونماذج من المنتجات مثل المحاثات عالية التيار ذات هياكل حماية مغناطيسية، والمحاثات المقولبة الرقيقة والخفيفة، ومحثات الوضع المشترك. ويمكنها توفير خصائص كهربائية مختلفة لتلبية متطلبات الأداء العالي للمحاثات في سيناريوهات مختلفة للروبوتات البشرية، وتُستخدم على نطاق واسع في وحدات اتصال الروبوتات والملاحة، ووحدات الطاقة، ووحدات محركات السيرvo، ولوحات تحكم الروبوتات وغيرها من الوحدات.

3.1 محث طاقة عالي التيار ومدمج

محاثات طاقة عالية التيار مدمجة تُستخدم بشكل رئيسي في وحدات التيار المستمر-التيار المستمر (DC-DC) لأنظمة محرك الروبوتات البشرية وإدارة الطاقة. يعتمد المحث العالي التيار على مادة قلب مغناطيسي من مسحوق معدني منخفض الفقد تم تطويرها بشكل مستقل بواسطة Codaca، والتي تتميز بتيار تشبع عالي، وفقد منخفض، وكفاءة تحويل عالية، ودرجة حرارة تشغيل مرتفعة لضمان أداء الروبوتات البشرية وقدرتها على التحمل. يمكن أن يصل المحث العالي التيار إلى 422 أمبير ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل إلى 170°م. في الوقت نفسه، يتبنى المنتج هيكلًا مدرعًا مغناطيسيًا، مما يمنحه أداءً قويًا ضد التداخل الكهرومغناطيسي. وهو ما يستوفي تمامًا احتياجات الروبوتات البشرية من حيث التيار المشبع العالي ودرجة الحرارة العالية للتشغيل والتداخل الكهرومغناطيسي المنخفض.

النماذج الموصى بها: سي إس بي إكس , سي إس بي إيه , سي إس سي إم , سي إس يو تي , سي إس سي آي إل ، إلخ.

3.2 محاثات صب رفيعة وخفيفة

ملفات مُصَبَّغَة تُستخدم بشكل أساسي في وحدات عرض الروبوتات البشرية، وحدات التحكم باللمس، وحدات DC-DC، إلخ. تعتمر وحدات التشكيل بالحقب تعتمر مسحوق سبيكة منخفضة الفقد تم تطويرها بشكل مستقل من قبل CODACA، والتي تتميز بفقد منخفض، كفاءة عالية، تطبيق تتردد واسع، ويمكنها تخفض الضوضاء إلى مستوى منخفض جداً. تعتمر تصميم رقيق وخفيف (أدنى حجم 2 مم)، توفر مساحة لوحة الدوائر المطبوعة، مناسبة للتركيب عالي الكثافة، ولديها مقاومة قوية للصدمات الميكانيكية والاهتزاز (مقاومة الاهتزاز تزيد عن 10G)، مما يلبي احتياجات الروبوتات البشرية من حيث الكثافة العالية للطاقة والاستقرار العالي.

النماذج الموصى بها: سي إس إيه جي , سي إس إيه سي , سي إس إيه بي , سي إس إي بي , سي إتش بي ، إلخ.

3.3 مللي هنري، مطليقة الطاقة من نوع SMD

مطليقات الطاقة Codaca من نوع SMD تُستخدم بشكل أساسي في وحدات الكاميرا، وحدات الصوت، وحدات DC-DC، إلخ، والتي يمكنها تلبي احتياجات الحجم الصغير للمطليقة، تيار كبير، كفاءة تحويل عالية، إلخ.

النماذج الموصى بها: SPRHS , CSUS , سي آر إتش إس إم , VCRHS , إس بي كيو ، إلخ.

بصفتها مورداً رائداً في مجال تقنية المكونات المغناطيسية، تخصصت شركة كوداكا للإلكترونيات في تطوير المحاثات على مدار 24 عاماً، ويمكن للمهندسين تحديد قيمة الحث المناسبة، والتيار المقنن، وتكرار التبديل، وحجم المنتج، وغيرها وفقاً لمتطلبات الأداء المحددة لكل نظام فرعي من الروبوت البشري بالنسبة للمحاثات. يُرجى التواصل مع موظفي مبيعات كوداكا للحصول على مزيد من المعلومات التفصيلية.