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Come settore critico della robotica industriale, i robot collaborativi hanno registrato una rapida diffusione globale negli ultimi anni. Grazie a vantaggi come elevata flessibilità, maggiore sicurezza e facilità d'uso, vengono ampiamente adottati in settori quali automotive, medicale e manifatturiero, emergendo come un fattore chiave nello sviluppo dell'automazione industriale e dell'intelligenza applicata.
1. Che cos'è un Robot Collaborativo?
Il miglioramento intelligente dei robot è una caratteristica distintiva della nuova rivoluzione industriale. Tuttavia, il coinvolgimento umano rimane insostituibile in determinati ambiti produttivi e linee di produzione. Ad esempio, nell'assemblaggio di componenti ad alta precisione o nello svolgimento di compiti particolarmente impegnativi che richiedono flessibilità, i robot collaborativi lavorano a fianco degli operatori umani, massimizzando l'efficienza robotica e l'intelligenza umana. Rispetto ai tradizionali robot industriali, offrono una migliore convenienza economica, una maggiore sicurezza e una maggiore praticità, contribuendo significativamente allo sviluppo delle aziende manifatturiere.
Caratteristiche Principali dei Robot Collaborativi:
◾ Peso leggero: Migliora la controllabilità e la sicurezza.
◾ Progettazione user-friendly: Superfici e giunti morbidi, senza spigoli vivi o aperture che possano arrecare danni agli operatori.
◾ Percezione dell'Ambiente: Capacità di rilevare l'ambiente circostante e di regolare le proprie azioni in base ai cambiamenti ambientali.
◾ Collaborazione Uomo-Robot: Dotato di feedback di forza sensibile; si arresta istantaneamente quando viene raggiunta una soglia di forza predefinita, permettendo una collaborazione sicura tra uomo e robot, anche senza barriere di sicurezza in alcuni scenari.
2. Tendenze nei sistemi di alimentazione per i motori dei robot collaborativi
I robot integrano multipli elementi funzionali, come connettività, percezione visiva, sensi di posizione e controllo motore, in base alle loro applicazioni e funzioni. Includono inoltre diversi sottosistemi di alimentazione, tra cui conversione AC-DC, gestione delle batterie, conversione DC-DC, convertitori multiphase, sensori e driver per motori. Tra questi, il sistema di azionamento motore è il cuore dei robot collaborativi, responsabile principalmente del controllo preciso del movimento delle articolazioni e dell'alimentazione.
I sistemi di trazione tradizionali si sono da tempo affidati a soluzioni a 12V. L'aumento dei sistemi a 48V deriva dal fatto che il valore di 48V è la tensione più alta universalmente riconosciuta come sicura. Rispetto ai dispositivi alimentati direttamente dalla rete elettrica, gli ingegneri hardware possono semplificare la progettazione della protezione del sistema, ridurre le dimensioni del prodotto e, di conseguenza, il peso, i costi e le perdite di potenza. I motori alimentati direttamente a 48V sono generalmente più piccoli, permettendo articolazioni più compatte e leggere, migliorando l'efficienza energetica, la destrezza e l'affidabilità, riducendone al contempo il peso e i costi. Questo apre nuove possibilità per le applicazioni robotiche e accelera l'automazione industriale.
3. Scelta dell'induttore per i sistemi di alimentazione dei motori a 48V
Gli induttori sono componenti critici nei sistemi di alimentazione per motori a 48V, utilizzati principalmente nei convertitori DC-DC (ad esempio, circuiti Buck, Boost e Buck-Boost). Le loro funzioni principali includono l'accumulo di energia, il filtraggio, la soppressione delle interferenze e la garanzia di stabilità del sistema. La selezione di induttori con bassi perdite, alto valore di corrente di saturazione e alta corrente nominale può migliorare significativamente l'efficienza e la stabilità del sistema. Inoltre, gli induttori forniscono una robusta soppressione delle EMI, riducendo l'interferenza del rumore di commutazione DC-DC su altri circuiti sensibili.
Nei sistemi di alimentazione dei motori 48V, le prestazioni dell'induttore influenzano direttamente la stabilità, l'efficienza e l'affidabilità del sistema. Per questo motivo, la scelta dell'induttore corretto è cruciale per gli ingegneri hardware. I parametri chiave devono essere attentamente bilanciati, tra cui il valore di induttanza, la corrente di saturazione, la resistenza in corrente continua e la frequenza di funzionamento.
Parametri chiave per la selezione dell'induttore:
◾ Induttanza: Determina l'ampiezza della corrente di ripple e la capacità di accumulo energetico. Valori appropriati di induttanza riducono il ripple di corrente e migliorano la stabilità del sistema.
◾ Corrente di saturazione: La corrente continua alla quale il nucleo magnetico si satura. La selezione di materiali con punti di saturazione elevati e un'elevata stabilità termica garantisce un funzionamento stabile.
◾ Resistenza in corrente continua (DCR): Una DCR più bassa riduce le perdite di potenza e migliora l'efficienza. Le strutture monolitiche con filo piatto bilanciano una bassa DCR con un'elevata densità di potenza.
◾ Frequenza operativa: Con l'adozione di semiconduttori a banda proibita ampia (SiC, GaN), le frequenze di commutazione sono aumentate fino alla gamma MHz. Induttori di potenza ad alta frequenza, compatti e ad alta corrente sono essenziali per un'operazione efficiente e stabile del sistema.
4. Codaca Soluzioni con induttori
Attraverso ricerca e sviluppo autonomo e innovazione tecnologica, CODACA offre un'ampia gamma di soluzioni con induttori per sistemi di alimentazione a 48V nei robot collaborativi, supportando l'avanzamento dell'automazione industriale. L'azienda fornisce diverse categorie e modelli di prodotto, ciascuno con caratteristiche elettriche uniche per soddisfare i requisiti di alte prestazioni di questi sistemi.
4.1 Induttori di potenza ad alta corrente
Utilizza nuclei in polvere magnetica con avvolgimenti a piattina, caratterizzati da corrente di saturazione elevata, basse perdite, alta efficienza di conversione e ampio intervallo di temperatura operativa. Ideali per convertitori DC-DC a 48V che richiedono corrente elevata, basse perdite e alta densità di potenza.
4.2 Di larghezza superiore a 50 mm
Modellati con materiali di nucleo in polvere a bassa perdita, con struttura completamente schermata, offrono un'elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche, bassa resistenza in corrente continua, alta capacità di corrente e basse perdite nel nucleo. Soddisfano i requisiti del sistema per dimensioni compatte, alta corrente e prestazioni robuste contro le interferenze elettromagnetiche.
Incorporano nuclei magnetici ad alta frequenza e a bassa perdita, che comportano perdite minime ad alta frequenza. Le loro dimensioni compatte si adattano al montaggio ad alta densità e il design con schermatura magnetica offre un'elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche, rendendoli ideali per sistemi di alimentazione compatti e ad alte prestazioni.
Con l'estensione dei robot collaborativi a vari settori industriali, le prestazioni e l'affidabilità dei loro sistemi di alimentazione a 48V per i motori diventano sempre più critici. Una selezione accurata dei componenti induttivi, considerando induttanza, corrente di saturazione, resistenza in corrente continua e frequenza di funzionamento, garantisce un funzionamento stabile, efficiente e ad alte prestazioni. Grazie a soluzioni innovative fornite da aziende come CODACA, i robot collaborativi possono raggiungere livelli superiori di efficienza energetica, precisione e affidabilità, favorendo la prossima ondata di automazione industriale e produzione intelligente.