全球觀察：高密度電源模塊驅動新一代移動機器人發展

2022-07-18 16:00:00 來源: 電子創新網

功率轉換技術的創新正在實現機器人設計的變革。今天的集成電源模塊可充分滿足尺寸、重量、電源預算以及成本效率的需求，從而將機器人從工廠、家庭以及商業應用帶入一個想象中的廣闊新天地。

我們正處于一個機器人為我們的生活帶來巨大優勢的歷史轉折點。有些機器人在餐廳接單，有些機器人負責安保工作，還有一些機器人在建筑工地工作，為平面布局提高精度。機器人無處不在。OLogic 在機器人數量的大量應用過程中發揮著重要作用。

OLogic 公司是一家位于加州圣克拉拉的電子設計咨詢公司，擁有超過 15 年的豐富經驗，通過提供電氣、機械工業工程支持以及軟件及固件工程設計，幫助客戶將大大小小的機器人設計推向市場。這其中包括電源電子器件集成專業技術，該技術是決定移動機器人的工作范圍、功能性和充電能力的主要設計考慮因素。

(相關資料圖)

“我認為人們與我們建立業務關系的主要原因是，他們需要我們在他們將要構建的機器人方面提供電子設計支持，我們對這種需求有獨特的見解，因為我們已經構建了上百款機器人。” OLogic 首席執行官 Ted Larson 說。“您可以聘用一位曾經在機器人公司工作過的工程師，也可以聘用一位管理人員來管理我們，您的整個項目就會取得成功。”

OLogic 為眾多行業設計了大量機器人，其中包括農業、智慧家居以及庫存控制等。OLogic 的機器人客戶群可追溯到一家初創公司，這家公司被許多人看作硅谷移動機器人先驅。柳樹車庫（Willow Garage）以其將各高校及其他實體的現成開源軟件整合在一起，幫助機器人執行艱巨任務的實力而聞名。

2014 年公司解散時，機器人軟件專家紛紛離開，他們后來創立了灣區幾乎所有重要的機器人初創型企業。這為 OLogic 開創了與 Savioke、Knightscope、Fetch 以及 Dusty Robotics 等公司合作的全新業務。

“機器人行業真正的搖滾明星是那些為機器學習或機器人算法任務導航等業務開發高級軟件的公司。”Larson說道。“電子器件是后來新增的。結果是人們認為他們可以買到所有這些現成的東西，然后將其組裝起來。這很快就變成了不靠譜的計劃。”

優先考慮電源

移動機器人具有獨特的電源挑戰。運行機器人的傳感器、伺服電機、執行器、數據服務器、通信系統以及其它設備有不同的電源和功率密度要求。有些很耗電，有些可能運行時間不多。這需要通過電池電源快速、清潔且經濟高效地供電。

Vicor 公司向 OLogic 介紹了一種模塊化方法，用于為機器人構建供電網絡 (PDN)。Vicor 高密度電源模塊實現了高效率的電源轉換，可輕松擴展，使其具有很強的適應性很強。

Larson 說：“我們最近使用最多的部件是 Vicor ZVS 降壓穩壓器。我們現已將其用于移動機器人的很多部位。我從來不用想：‘哦，在 12V 電壓下我需要 5A 或 10A 的電流，我要構建自己的電源。’我再也不用這么想了。”

Dusty 消除了將建筑平面圖標注在施工現場的傳統勞動密集型過程，在施工現場編程的機器人可自動完成該任務。Dusty FieldPrinter 機器人先加載數字版平面圖，然后在地面打印出各種功能布局，如墻壁、門、管道設施以及電力設施等。

自動化構建布局，省錢省時

Dusty Robotics (Dusty)是一家與 OLogic 密切合作優化其電源配置的客戶。Dusty 總部位于加州山景城，為現代建筑工人制造機器人驅動的工具。

幾個世紀以來，建筑業一直使用兩種簡單的工具來繪制建筑平面圖：卷尺和粉筆線。即使今天，建筑師使用先進的 3D CAD 模型設計大樓時，該過程仍需將布局打印在紙上，帶到工地進行人工標注。卷尺測量與標記過程緩慢，容易出現人為錯誤，影響工程進度及預算。Dusty 數據顯示，錯誤會導致返工，這通常占施工項目成本的 10%。

Dusty Robotics 聯合創始人兼首席技術官 Philipp Herget 指出：“人工制定計劃會出現很多錯誤，實際錯誤甚至比建筑行業自己意識到的還多。我們聽說過一些布局錯誤導致建筑公司破產的案例。Dusty Robotics 可以防止這類錯誤的出現，因為所有標注都不是手工完成的、都是由機器人完成的，準確無誤。”

Dusty FieldPrinter 在準確無誤的情況，可將速度提高 5 倍

Dusty 消除了將建筑平面圖標注在施工現場的傳統勞動密集型過程，在施工現場編程的機器人可自動完成該項任務。Dusty FieldPrinter 機器人先加載電子版平面圖，然后在地面打印出各種功能布局，如墻壁、門、管道設施以及電力設施等。它能夠以大約人工作業五倍的速度，在規范的十六分之一英寸的范圍內完成這項工作。

這一創新使建筑行業的工作情況更像數字化制造商，不僅可提高一致性、可預測性和可靠性，同時還可為處于建筑施工流程核心位置的技術工人改善工作條件。此外，在建筑商將建筑預制板拼裝在一起時，Dusty 也有助于提高效率，這是一種越來越普遍的施工選擇。例如，與人工砌的可以實時調整的墻不同，預制建筑材料只能以一種方式組合在一起，如果安裝不正確，可能會加劇錯誤。

Dusty FieldPrinter 使建筑行業更像數字化制造商，不僅可提高一致性、可預測性和可靠性，同時還可為處于建筑施工流程核心位置的技術工人改善工作條件。

Herget 表示：“如果能縮短工期，就能加快竣工速度。竣工越早，付款的速度就越快。時間就是金錢。在建筑行業，速度的價值極高。”

為 Dusty FieldPrinter 機器人供電

Dusty 的 FieldPrinter 是一款電池供電的移動機器人，可在各種氣象條件下長期工作。它包括大量不同的電子設備，有傳感器、驅動電機和電動組件、計算量很大的處理器以及一款打印機等，所有這些設備都有不同的工作電壓及電流需求。因此，Dusty 很大一部分電子設計都集中在電源轉換方面，以便在電池輸出電壓不斷變化的環境中為多個組件供電。

這就是為什么 Dusty 委托 OLogic 為其機器人構建核心電子元器件的原因。OLogic 一開始使用的是分立式電源解決方案。但隨著時間的推移，該公司開始意識到，他們根本無法設計出像 Vicor 電源模塊一樣工作效率和散熱效率都很高，而且工作范圍很寬的產品。此外， ZVS 降壓穩壓器等 Vicor 模塊在供電方面還具有極高的成本效益。

“Vicor ZVS 降壓穩壓器采用極小封裝提供 200 ~ 300W 的功率，效率高達 97%。” Larson 驚嘆道。“你不可能從頭開始設計這樣的產品，而且以同樣的價格使其良好運行。因此，沒有理由不使用 Vicor 產品。這比分立式設計簡單，速度更快。我不需要驗證，而且面臨的風險更小。”

Dusty 機器人很復雜，需要 12V、5V 和 3V 的電源在大功率下運行。通過一系列 Vicor 模塊管理電源轉換，有助于縮短設計進程，可確保在不同的工作范圍及溫度范圍（室內室外）間可靠運行。

憑借很長的電池使用壽命和業界一流的電源轉換技術，Dusty 的機器人創新正在幫助建筑行業實現數字化，可基于數字模型，在工地上創建一個唯一的真實數據。現在，建筑師、總承包商以及每個商業合作伙伴都不再根據自己的紙質方案施工，各單位均根據標注在工地上的統一設計各司其職。能夠提供數字布局，就能增強這些眾多合作伙伴之間的協調性，從而可完善規劃，提高執行力并可縮短竣工時間。

Herget 講道：“施工自動化正在增強人類改造世界的能力。人們過去使用螺絲刀，現在使用電動工具。這可大幅簡化工作。我們的機器人驅動工具可在改善技術工人工作環境的同時，幫助建筑行業實現升級，創造更好的結果。”

關鍵詞：移動機器人施工現場建筑平面圖電子設計電源模塊

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