سیستم‌های تغذیه موتور ربات‌های همکار: مروری کلی و راهکارهای سلف

به عنوان یک شاخه حیاتی از رباتیک صنعتی، ربات‌های همکار در سال‌های اخیر به سرعت در سطح جهانی مورد استقبال قرار گرفته‌اند. با داشتن مزایایی چون انعطاف‌پذیری بالا، ایمنی بهتر و کاربری آسان، این ربات‌ها به طور گسترده در صنایعی مانند خودرو، پزشکی و تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند و به یکی از عوامل اصلی خودکارسازی صنعتی و توسعه هوشمند تبدیل شده‌اند.

1. ربات همکار چیست؟

ارتقای هوشمند ربات‌ها ویژگی‌ای اساسی در انقلاب صنعتی جدید است. با این حال، مشارکت انسان در برخی حوزه‌های خاص محصولات و خطوط تولید جایگزین‌نشدنی است. به عنوان مثال، در مونتاژ قطعات با دقت بالا یا انجام وظایف پرکار، که انعطاف‌پذیری زیادی مطلوب است، ربات‌های همکار به همراه اپراتورهای انسانی کار می‌کنند تا از بازده ربات و هوش انسان به بهترین شکل استفاده شود. در مقایسه با ربات‌های صنعتی سنتی، این ربات‌ها از کارایی هزینه‌ای بهتر، ایمنی بیشتر و راحتی بیشتری برخوردارند و به طور چشمگیری به توسعه شرکت‌های تولیدی کمک می‌کنند.

ویژگی‌های کلیدی ربات‌های همکار:
◾ کلاهکی: قابلیت کنترل و ایمنی را افزایش می‌دهد.
◾ طراحی دوستانه برای کاربر: دارای سطوح و مفاصل صاف، بدون لبه‌های تیز یا فواصلی که می‌توانند به اپراتورها آسیب برسانند.
◾ درک از محیط اطراف: توانایی دریافت اطلاعات از محیط و تنظیم اقدامات بر اساس تغییرات محیطی.
◾ همکاری انسان و ربات: با فیدبک نیروی حساس تجهیز شده است؛ در صورت رسیدن به آستانه نیروی تنظیم‌شده بلافاصله متوقف می‌شود و امکان همکاری ایمن انسان-ربات را فراهم می‌کند—حتی در برخی موارد بدون نیاز به موانع ایمنی.

روند در سیستم‌های تغذیه الکتریکی موتورهای ربات‌های همکار

ربات‌ها بر اساس کاربردها و وظایف خود، چندین عنصر عملکردی مانند ارتباط، درک بصری، حس موقعیت، و کنترل موتور را با هم ادغام می‌کنند. همچنین آن‌ها شامل زیرسیستم‌های مختلفی از انرژی مانند تبدیل AC-DC، مدیریت باتری، تبدیل DC-DC، مبدل‌های چندفازی، سنسورها و درایورهای موتور می‌شوند. در میان این موارد، سیستم درایو موتور، هسته اصلی ربات‌های همکار محسوب می‌شود که عمدتاً مسئول کنترل دقیق حرکت مفاصل و تامین انرژی است.

سیستم‌های محرکه موتور سنتی از قدیم به حل‌های 12 ولتی متکی بوده‌اند. افزایش استفاده از سیستم‌های 48 ولتی از این دلیل ناشی می‌شود که 48 ولت بالاترین ولتاژ ایمنی است که به طور جهانی پذیرفته شده است. در مقایسه با دستگاه‌هایی که به طور مستقیم از برق اصلی تغذیه می‌شوند، مهندسان سخت‌افزار می‌توانند طراحی حفاظت سیستم را ساده‌تر کنند، اندازه محصول را کاهش دهند و در نتیجه وزن، هزینه و تلفات انرژی را پایین بیاورند. موتورهایی که به طور مستقیم با 48 ولت کار می‌کنند عموماً کوچک‌تر هستند و این امر اتصالاتی را که فشرده‌تر و سبک‌ترند ممکن می‌سازد و در نتیجه بهره‌وری انرژی، دسترسی و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد و وزن و هزینه را کاهش می‌دهد. این امر امکانات جدیدی را برای کاربردهای رباتیک فراهم می‌کند و خودکارسازی صنعتی را تسریع می‌نماید.

3. انتخاب سلف برای سیستم‌های تغذیه موتور محرکه 48 ولتی

سلف‌ها اجزای بحرانی در سیستم‌های تغذیه موتور 48 ولتی هستند که عمدتاً در مبدل‌های DC-DC (مانند مدارهای کاهنده، افزاینده و افزایشی-کاهنده) استفاده می‌شوند. عملکردهای اصلی آن‌ها شامل ذخیره انرژی، فیلتر کردن، سرکوب تداخل و تضمین پایداری سیستم است. انتخاب سلف‌های با تلفات پایین، جریان اشباع بالا و جریان بالا می‌تواند به طور قابل توجهی کارایی و پایداری سیستم را بهبود بخشد. علاوه بر این، سلف‌ها سرکوب EMI قوی فراهم می‌کنند و تداخل نویز کلیدزنی DC-DC را با مدارهای حساس دیگر کاهش می‌دهند.

در سیستم‌های قدرت موتور درایو 48V، عملکرد سلف به طور مستقیم بر پایداری، بهره‌وری و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می‌گذارد. بنابراین انتخاب سلف مناسب برای مهندسان سخت‌افزار بسیار مهم است. باید پارامترهای کلیدی به دقت متعادل شوند، از جمله مقدار سلف، جریان اشباع، مقاومت DC و فرکانس کاری.

پارامترهای کلیدی انتخاب سلف:
◾ سلف: تعیین‌کننده دامنه جریان ریپل و ظرفیت ذخیره انرژی است. مقادیر مناسب سلف، ریپل جریان را هموار کرده و پایداری سیستم را افزایش می‌دهد.
◾ جریان اشباع: جریان DCای است که در آن هسته مغناطیسی اشباع می‌شود. انتخاب مواد با نقاط اشباع بالا و پایداری حرارتی عالی، عملکرد پایدار را تضمین می‌کند.
◾ مقاومت DC (DCR): DCR پایین، اتلاف توان را کاهش داده و بهره‌وری را بهبود می‌بخشد. ساختارهای تک‌پارچه با سیم مخصوص تعادل خوبی بین DCR پایین و چگالی توان بالا فراهم می‌کنند.
◾ فرکانس عملیاتی: با استفاده از نیمه‌رساناهای با گاف عریض (SiC، GaN)، فرکانس‌های سوئیچینگ به محدوده مگاهرتز رسیده‌اند. سلف‌های توان با فرکانس بالا، ابعاد کوچک و جریان بالا برای عملکرد کارا و پایدار سیستم ضروری هستند.

4. کدکا راهکارهای سلف

با اتکا به تحقیق و توسعه مستقل و نوآوری فناورانه، CODACA طیف جامعی از راهکارهای سلف را برای سیستم‌های توان 48 ولتی درایو موتور ربات‌های همکار، به منظور پیشرفت خودکارسازی صنعتی ارائه می‌دهد. شرکت دسته‌بندی‌های متنوعی از محصولات و مدل‌ها را با مشخصات الکتریکی منحصر به فرد ارائه می‌دهد که نیازهای عملکردی بالای این سیستم‌ها را برآورده می‌کنند.

4.1 سلف‌های توان با جریان بالا

استفاده از هسته‌های پودری فرومغناطیسی با سیم‌پیچی تخت، با ویژگی‌های جریان اشباع بالا، تلف کم، کارایی بالای تبدیل و دامنه دمایی گسترده. این سلف‌ها برای مبدل‌های DC-DC 48 ولتی که به جریان بالا، تلف کم و چگالی توان بالا نیاز دارند، ایده‌آل هستند.

4.2 دستگاه های خفه کننده قدرت قالب

ریخته‌شده از مواد هسته‌ای با تلف کم با ساختار کاملاً شیلددار، ارائه‌دهنده مقاومت قوی در برابر EMI، مقاومت الکتریکی کم، ظرفیت جریان بالا و تلفات هسته‌ای پایین. این قطعات نیازهای سیستم را از نظر ابعاد کوچک، جریان بالا و عملکرد قوی EMI را برآورده می‌کنند.

4.3 اندوکتورهای قدرت SMD

استفاده از هسته‌های مغناطیسی با تلف کم در فرکانس بالا، منجر به تلفات فرکانس بالا بسیار کم می‌شود. این قطعات به دلیل ابعاد کوچک خود برای نصب با چگالی بالا مناسب هستند و طراحی شیلدینگ مغناطیسی آن‌ها مقاومت قوی در برابر EMI را فراهم می‌کند، که آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای سیستم‌های تغذیه کوچک و با عملکرد بالا تبدیل می‌کند.

با گسترش ربات‌های همکار در صنایع مختلف، عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم‌های توان موتوری ۴۸ ولتی آن‌ها اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند. انتخاب مراقبت‌آمیز سلف‌ها با در نظر گرفتن مقدار اندوکتانس، جریان اشباع، مقاومت DC و فرکانس کاری، اطمینان از عملکردی پایدار، کارآمد و با عملکرد بالا را فراهم می‌کند. با راهکارهای نوآورانه از تأمین‌کنندگانی مانند CODACA، ربات‌های همکار می‌توانند به بازدهی انرژی، دقت و قابلیت اطمینان بالاتری دست یابند و این امر موج بعدی خودکارسازی صنعتی و تولید هوشمند را رقم می‌زند.