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Collegamenti Rapidi
La crescente domanda di automazione nei settori manifatturiero e dei servizi sta accelerando lo sviluppo rapido dei robot umanoidi. Con l'aumento dei gradi di libertà (DOF) e il miglioramento della velocità di risposta all'ambiente, i robot umanoidi sono diventati più sofisticati, permettendo loro di simulare i movimenti umani in modo più realistico. Un numero maggiore di gradi di libertà implica che i robot umanoidi richiedano più azionamenti motori, e le induttanze svolgono un ruolo importante nei sistemi di controllo del motore, gestione dell'alimentazione ed elaborazione dei segnali nei robot umanoidi.
1- Principale applicazione delle induttanze nei robot umanoidi
Le induttanze sono utilizzate principalmente nei robot umanoidi per il comando del motore, la gestione dell'alimentazione e l'elaborazione dei segnali.
Comando del motore: I robot umanoidi di fascia alta presenti sul mercato hanno solitamente 40-50 motori articolati, che determinano la libertà e la flessibilità del robot. L'induttore fa ruotare il motore in modo uniforme attraverso l'accumulo di energia e la regolazione della corrente, aiutando il sistema di controllo del motore del robot umanoide a realizzare il movimento delle giunture, la regolazione dell'assetto e l'equilibrio dinamico. I driver dei motori e i carichi ad alta potenza richiedono induttori con caratteristiche di elevata corrente di saturazione e elevata capacità di conduzione della corrente per far fronte alle fluttuazioni istantanee della corrente. Allo stesso tempo, è necessario ridurre le perdite per migliorare l'efficienza del sistema e prolungare la durata della batteria.
Gestione dell'energia: Gli induttori sono componenti fondamentali dei convertitori CC-CC (come circuiti buck e boost) nei sistemi di gestione dell'energia, fornendo un'alimentazione stabile a diverse tensioni per processori AI, sensori, moduli di comunicazione, ecc., ottimizzando la distribuzione e l'efficienza della conversione energetica. Sono richiesti bassa resistenza in corrente continua (DCR), elevata efficienza di conversione per ridurre le perdite di potenza, alta corrente di saturazione e buona stabilità termica.
Processo di elaborazione del segnale: Nei sistemi di elaborazione del segnale, gli induttori vengono utilizzati principalmente per sopprimere il rumore ad alta frequenza e le interferenze elettromagnetiche (EMI), garantendo la purezza del segnale. Ad esempio, nel sistema di percezione, contribuiscono a realizzare la percezione e il feedback interattivo dei robot umanoidi sull'ambiente esterno. Nei sistemi di comunicazione e controllo, gli induttori impiegano progettazioni EMI per assicurare la capacità anti-interferenza di moduli come radar, telecamere, comunicazioni wireless, migliorando la stabilità operativa delle apparecchiature.
Figura 1: La posizione principale del motore articolato del robot umanoide (immagine da TI)
2- La domanda di induttori per robot umanoidi
Il sistema elettronico dei robot umanoidi è complesso e, per ottenere un controllo preciso del movimento e comunicazioni affidabili, non può prescindere dal supporto di componenti di base come gli induttori. Le caratteristiche tecniche dei robot umanoidi determinano anche elevate esigenze riguardo alle prestazioni e alla progettazione strutturale dei prodotti induttori. I requisiti principali sono i seguenti:
2.1 Miniaturizzazione e alta densità di potenza
Lo spazio interno dei robot umanoidi è estremamente compatto, integrando un gran numero di motori, unità di calcolo (CPU/GPU), sensori, ecc., e la scheda del circuito di alimentazione (ad esempio convertitore point-of-load, POL) deve essere miniaturizzata. Gli induttori devono essere piccoli e leggeri per adattarsi a progetti strutturali compatti, ma al contempo devono presentare un'elevata densità di potenza per gestire alte potenze in uno spazio ridotto. Induttori con struttura stampata o schermata possono sopportare correnti di saturazione e correnti termiche molto elevate pur avendo dimensioni fisiche ridotte, caratteristica essenziale per ottenere un'alta potenza in uno spazio limitato.
2.2 Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche
L'ambiente elettromagnetico interno dei robot è complesso, con circuiti digitali ad alta velocità, rumore di commutazione elevato proveniente dai driver dei motori e sensori sensibili (ad esempio IMU e telecamere). L'uso di induttori non schermati genera un forte campo magnetico e diventa una fonte di interferenze elettromagnetiche, compromettendo gravemente la stabilità delle letture dei sensori e del sistema di controllo. L'induttore schermato presenta una fuoriuscita magnetica minima, riducendo efficacemente le interferenze elettromagnetiche e garantendo il funzionamento affidabile degli altri componenti del sistema. Pertanto, gli induttori stampati, gli induttori di potenza ad alta corrente e altri induttori di potenza con strutture magneticamente schermate rappresentano scelte più ideali.
2.3 Alta corrente di saturazione
Il carico dinamico del robot cambia drasticamente, ad esempio quando si avvia improvvisamente, si muove o solleva oggetti pesanti, la corrente del motore e dell'unità di calcolo aumenta istantaneamente. L'induttore deve essere in grado di evitare la saturazione magnetica a correnti elevate (ovvero, il valore di induttanza non deve diminuire bruscamente), altrimenti il loop di alimentazione andrebbe fuori controllo, causando il collasso della tensione del sistema e un riavvio. Pertanto, l'induttanza deve possedere le caratteristiche di "saturazione morbida", cioè quando ci si avvicina alla corrente di saturazione, il valore di induttanza diminuisce lentamente, anziché crollare bruscamente. Questo fornisce un buffer al sistema di controllo dell'alimentazione e ne migliora l'affidabilità.
2.4 Elevata resistenza alle vibrazioni e agli urti
I robot umanoidi si muovono frequentemente, hanno molte vibrazioni meccaniche e l'induttore deve essere resistente a vibrazioni e urti; le saldature devono essere solide e il rivestimento esterno e la bobina interna devono sopportare sollecitazioni meccaniche. L'induttore con struttura stampata solidifica completamente la bobina all'interno del materiale magnetico, garantendo un'elevatissima resistenza meccanica e un'ottima resistenza agli urti, ed è pertanto ampiamente utilizzato nei sistemi robotici umanoidi.
2.5 Adattarsi ad ambienti ad alta frequenza e ad alte temperature
L'induttore deve possedere buone caratteristiche ad alta frequenza, in grado di sopprimere efficacemente le interferenze ad alta frequenza, ridurre le onde residue e il rumore, e mantenere basse le perdite energetiche ad alta frequenza per migliorare l'efficienza di conversione.
Inoltre, l'induttore dovrebbe essere in grado di mantenere stabile il valore di induttanza in un ambiente ad alta temperatura, con una riduzione minima del valore Q e prestazioni che non si degradano facilmente, al fine di garantire che le prestazioni dell'induttore nel robot siano affidabili durante un funzionamento prolungato.
Fig.2 Applicazione dell'induttore nel robot umanoide
3- Codaca soluzione a induttore per robot umanoidi
In applicazioni come i robot umanoidi, che combinano elevata densità di potenza, alta efficienza, elevata affidabilità, ambienti EMI complessi e condizioni meccaniche gravose, gli induttori ad alta corrente, schermati, con nucleo in polvere di lega si sono affermati come la scelta principale nei circuiti di alimentazione, specialmente nelle alimentazioni POL per unità di calcolo principali e azionamenti dei motori articolati, grazie ai loro vantaggi prestazionali complessivi. Il loro design bilancia perfettamente le tre sfide fondamentali di prestazioni, dimensioni e affidabilità.
Attraverso ricerca e sviluppo indipendenti e innovazione tecnologica, Codaca fornisce soluzioni di induttori adattivi per robot umanoidi, e l'azienda ha lanciato diverse categorie e modelli di prodotti come induttori di potenza ad alta corrente con struttura schermata magneticamente, induttori stampati sottili e leggeri e induttori comuni. Può fornire diverse caratteristiche elettriche per soddisfare i requisiti prestazionali elevati degli induttori in diversi scenari dei robot umanoidi, ed è ampiamente utilizzato nei moduli di comunicazione e navigazione del robot, moduli di alimentazione, moduli di controllo motore, schede di controllo del robot e altri moduli.
3.1 Induttore di potenza compatto ad alta corrente
Di cilindrata superiore a 50 cm3 sono utilizzati principalmente nei moduli DC-DC nei sistemi di controllo del motore e di gestione dell'alimentazione dei robot umanoidi. L'induttore ad alta corrente adotta un materiale per nucleo magnetico in polvere metallica a bassa perdita sviluppato autonomamente da Codaca, che presenta le caratteristiche di elevata corrente di saturazione, basse perdite, alta efficienza di conversione e elevata temperatura di funzionamento, garantendo così le prestazioni e l'autonomia dei robot umanoidi. L'induttore ad alta corrente può raggiungere fino a 422 A e la temperatura di funzionamento può arrivare fino a 170 °C. Allo stesso tempo, il prodotto adotta una struttura schermata magneticamente, offrendo elevate prestazioni di resistenza alle interferenze elettromagnetiche. Soddisfa pienamente le esigenze dei robot umanoidi in termini di elevata corrente di saturazione, elevata temperatura di funzionamento e bassa interferenza elettromagnetica.
Modelli Consigliati: CSBX , CSBA , CSCM , CSUT , CSCIL , ecc.
3.2 Induttori stampati sottili e leggeri
Induttori stampati sono principalmente utilizzati nei moduli di visualizzazione dei robot umanoidi, nei moduli di controllo touch screen, nei moduli DC-DC, ecc. Le bobine di potenza iniettate adottano la polvere legata a bassa perdita sviluppata autonomamente da CODACA, che presenta basse perdite, alta efficienza, ampia frequenza di applicazione e può ridurre il rumore a livelli ultra-bassi. Presenta un design sottile e leggero (dimensione minima di 2 mm), risparmia spazio sulla PCB, è adatto al montaggio ad alta densità e ha una forte resistenza agli urti meccanici e alle vibrazioni (la resistenza alle vibrazioni è superiore a 10G), soddisfacendo le esigenze dei robot umanoidi in termini di elevata densità di potenza e alta stabilità.
Modelli Consigliati: CSAG , CSAC , CSAB , CSEB , CSHB , ecc.
3.3 induttore SMD per alimentazione
Induttori per alimentazione SMD Codaca sono principalmente utilizzati nei moduli fotocamera, nei moduli audio, nei moduli DC-DC, ecc., e possono soddisfare le esigenze di dimensioni ridotte dell'induttore, corrente elevata, alta efficienza di conversione, ecc.
Modelli Consigliati: SPRHS , CSUS , CRHSM , VCRHS , SPQ , ecc.
Come fornitore leader nel campo della tecnologia dei componenti magnetici, Codaca Electronics si concentra sullo sviluppo di induttori da 24 anni, e gli ingegneri possono selezionare il valore di induttanza appropriato, la corrente nominata, la frequenza di commutazione, le dimensioni del prodotto, ecc., in base ai requisiti specifici di prestazione di ogni sottosistema del robot umanoide per gli induttori. Per informazioni più dettagliate, contattare il personale commerciale di Codaca.