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La creciente demanda de automatización en las industrias manufactureras y de servicios está impulsando el rápido desarrollo de robots humanoides. Con el aumento en los grados de libertad (DOF) y la mejora en la velocidad de respuesta al entorno, los robots humanoides se han vuelto más sofisticados, lo que les permite simular movimientos humanos de manera más realista. Un mayor número de grados de libertad implica que los robots humanoides requieren más accionamientos de motor, y los inductores desempeñan un papel importante en los sistemas de control de motor, gestión de energía y procesamiento de señales de los robots humanoides.
1- La aplicación principal de los inductores en robots humanoides
Los inductores se utilizan principalmente en robots humanoides para el accionamiento de motores, gestión de energía y procesamiento de señales.
Accionamiento de motor: Los robots humanoides de gama alta en el mercado suelen tener entre 40 y 50 motores articulados, que determinan la libertad y flexibilidad del robot. El inductor impulsa al motor a girar suavemente mediante el almacenamiento de energía y la regulación de la corriente, ayudando al sistema de control de motor del robot humanoide a lograr el movimiento de las articulaciones, el ajuste de la postura y el equilibrio dinámico. Los motores y las cargas de alta potencia requieren inductores con características de alta corriente de saturación y alta capacidad de conducción de corriente para hacer frente a las fluctuaciones instantáneas de corriente. Al mismo tiempo, es necesario reducir las pérdidas para mejorar la eficiencia del sistema y aumentar la duración de la batería.
Gestión de la energía: Los inductores son componentes clave de los convertidores CC-CC (como circuitos reductores y elevadores) en sistemas de gestión de energía, proporcionando un suministro estable de energía a diferentes voltajes para procesadores de IA, sensores, módulos de comunicación, etc., optimizando la distribución y eficiencia de conversión de energía. Se requieren una baja resistencia de corriente continua (DCR), alta eficiencia de conversión para reducir pérdidas de potencia, alta corriente de saturación y buena estabilidad térmica.
Procesamiento de señales: En los sistemas de procesamiento de señales, los inductores se utilizan principalmente para suprimir el ruido de alta frecuencia y las interferencias electromagnéticas (EMI), garantizando la pureza de la señal. Por ejemplo, en el sistema de percepción, ayuda a realizar la percepción y retroalimentación interactiva de robots humanoides sobre el entorno externo. En los sistemas de comunicación y control, los inductores emplean diseños EMI para garantizar la capacidad antiinterferencias de módulos como radar, cámaras, comunicación inalámbrica, entre otros, y mejorar la estabilidad operativa del equipo.
Figura 1: La ubicación principal del motor de la articulación del robot humanoide (imagen de TI)
2- La demanda de inductores para robots humanoide
El sistema electrónico de los robots humanoides es complejo, y para lograr un control de movimiento preciso y una comunicación confiable, es inseparable del soporte de componentes básicos como los inductores. Las características técnicas de los robots humanoides también determinan sus altos requisitos respecto al rendimiento y al diseño estructural de los productos inductores. Los requisitos son principalmente los siguientes:
2.1 Miniaturización y alta densidad de potencia
El espacio interno de los robots humanoides es extremadamente compacto, integrando una gran cantidad de motores, unidades de cálculo (CPU/GPU), sensores, etc., y la placa del circuito de alimentación (como POL, convertidor punto de carga) debe ser miniaturizada. Se requiere que los inductores sean pequeños y livianos para adaptarse a diseños estructurales compactos, y al mismo tiempo tengan una alta densidad de potencia para manejar altas potencias en un área reducida. Los inductores con construcción moldeada o blindada pueden soportar corrientes de saturación y corrientes de elevación térmica muy altas en un tamaño físico pequeño, lo cual es esencial para lograr una alta potencia en un espacio limitado.
2.2 Fuerte rendimiento antiinterferencias electromagnéticas
El entorno electromagnético interno de los robots es complejo, con circuitos digitales de alta velocidad, ruido fuerte de conmutación proveniente de los controladores de motor y sensores sensibles (como las IMU y cámaras). El uso de inductores sin blindaje generará un campo magnético intenso y se convertirá en una fuente de interferencia electromagnética, lo que afectará gravemente la estabilidad de las lecturas de los sensores y del sistema de control. El inductor blindado tiene una fuga magnética mínima, reduciendo eficazmente las interferencias electromagnéticas y garantizando el funcionamiento confiable de otros componentes en el sistema. Por lo tanto, los inductores moldeados, los inductores de alta corriente y otros inductores de potencia con estructuras magnéticas blindadas son opciones más ideales.
2.3 Alta corriente de saturación
La carga dinámica del robot cambia drásticamente, por ejemplo, al arrancar repentinamente, moverse o levantar objetos pesados, la corriente del motor y de la unidad de cómputo aumenta instantáneamente. El inductor debe ser capaz de evitar la saturación magnética a altas corrientes (es decir, el valor de inductancia no debe caer bruscamente), de lo contrario, el lazo de potencia perderá control, lo que provocará el colapso del voltaje del sistema y un reinicio. Por lo tanto, la inductancia debe tener las características de "saturación suave", es decir, al acercarse a la corriente de saturación, el valor de inductancia disminuye lentamente, en lugar de caer en picado. Esto proporciona un margen de seguridad para el sistema de control de potencia y mejora la fiabilidad del sistema.
2.4 Fuerte rendimiento contra vibraciones y impactos
Los robots humanoides se mueven con frecuencia, tienen muchas vibraciones mecánicas y el inductor necesita tener resistencia a la vibración y al impacto; sus uniones de soldadura deben ser firmes, y la carcasa y la bobina interna deben soportar tensiones mecánicas. El inductor de estructura moldeada solidifica completamente la bobina dentro del material magnético, lo que le confiere una resistencia mecánica extremadamente alta y una gran capacidad de resistencia a impactos, por lo que se utiliza ampliamente en sistemas de robots humanoides.
2.5 Adaptarse a entornos de alta frecuencia y alta temperatura
El inductor debe tener buenas características de alta frecuencia, capaces de suprimir eficazmente las interferencias de alta frecuencia, reducir la ondulación y el ruido, y mantener bajas pérdidas de energía a altas frecuencias para mejorar la eficiencia de conversión.
Además, el inductor debería poder mantener estable el valor de inductancia en un entorno de alta temperatura, con una disminución pequeña del valor Q, y un rendimiento que no se degrade fácilmente, a fin de garantizar que el rendimiento del inductor en el robot sea fiable durante un trabajo prolongado.
Fig.2 Aplicación del inductor en robot humanoide
3- Codaca solución de inductor para robots humanoides
En aplicaciones como robots humanoides, que combinan alta densidad de potencia, alta eficiencia, alta fiabilidad, entornos complejos de EMI y condiciones mecánicas exigentes, los inductores de alta corriente, blindados, con núcleo de polvo de aleación se han convertido en la elección principal indiscutible en circuitos de alimentación, especialmente en fuentes de alimentación POL para unidades centrales de computación y controladores de motores de articulación, gracias a sus ventajas de rendimiento integral. Su diseño equilibra perfectamente los tres desafíos centrales de rendimiento, tamaño y fiabilidad.
Mediante investigación y desarrollo independientes e innovación tecnológica, Codaca ofrece soluciones de inductores adaptables para robots humanoides, y la empresa ha lanzado múltiples categorías y modelos de productos, como inductores de potencia de alta corriente con estructura blindada magnética, inductores moldeados delgados y ligeros y bobinas de modo común. Puede proporcionar diferentes características eléctricas para satisfacer los requisitos de alto rendimiento de los inductores en distintos escenarios de robots humanoides, y se utiliza ampliamente en módulos de comunicación y navegación del robot, módulos de alimentación, módulos de control de motor, placas de control del robot y otros módulos.
3.1 Inductor de potencia compacto de alta corriente
Inductores de alta potencia de corriente compactos se utilizan principalmente en módulos DC-DC de sistemas de accionamiento de motores y gestión de energía en robots humanoides. La bobina de alta corriente adopta un material de núcleo magnético de polvo metálico de bajo consumo desarrollado independientemente por Codaca, que presenta características como alta corriente de saturación, baja pérdida, alta eficiencia de conversión y alta temperatura de funcionamiento, garantizando así el rendimiento y la resistencia de los robots humanoides. La corriente de la bobina puede alcanzar hasta 422 A y la temperatura de operación puede llegar hasta 170 °C. Al mismo tiempo, el producto incorpora una estructura magnética blindada, lo que le confiere un elevado rendimiento frente a interferencias electromagnéticas. Cumple plenamente con los requisitos de los robots humanoides en cuanto a alta corriente de saturación, alta temperatura de funcionamiento y baja interferencia electromagnética.
Modelos Recomendados: CSBX , Asociación de Abogados de la Ciudad de Nueva York , CSCM , CSUT , CSCIL , etc.
3.2 Bobinas moldeadas delgadas y ligeras
Inductores moldeados se utilizan principalmente en módulos de visualización de robots humanoides, módulos de control de pantalla táctil, módulos DC-DC, etc. Las bobinas de potencia moldeadas adoptan el polvo de aleación de baja pérdida desarrollado independientemente por CODACA, que presenta baja pérdida, alta eficiencia, amplia frecuencia de aplicación y puede reducir el ruido a niveles ultra bajos. Cuenta con un diseño delgado y ligero (tamaño mínimo de 2 mm), ahorra espacio en el PCB, es adecuado para montaje de alta densidad y tiene una fuerte resistencia al choque mecánico y a la vibración (resistencia a la vibración superior a 10G), satisfaciendo las necesidades de los robots humanoides en cuanto a alta densidad de potencia y alta estabilidad.
Modelos Recomendados: CSAG , CSAC , CSAB , CSEB , CSHB , etc.
3.3 inductor de potencia SMD
Inductores de potencia SMD Codaca se utilizan principalmente en módulos de cámara, módulos de audio, módulos DC-DC, etc., y pueden satisfacer las necesidades de tamaño pequeño del inductor, alta corriente y alta eficiencia de conversión, entre otros.
Modelos Recomendados: SPRHS , CSUS , CRHSM , VCRHS , SPQ , etc.
Como proveedor líder en el campo de la tecnología de componentes magnéticos, Codaca Electronics ha estado enfocándose en el desarrollo de inductores durante 24 años, y los ingenieros pueden seleccionar el valor de inductancia adecuado, corriente nominal, frecuencia de conmutación, tamaño del producto, etc., según los requisitos específicos de rendimiento de cada subsistema del robot humanoide para inductores. Por favor, contacte al personal de ventas de Codaca para obtener información más detallada.