功率轉換技術突破 推動新一代行動機器人

功率轉換技術的創(chuàng)新正在推動機器人設計的變革。今天的整合電源模塊正在滿足尺寸、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(yè)應用帶入一個想象中廣闊新天地。

我們正處于一個機器人為日常生活帶來巨大優(yōu)勢的歷史轉折點。OLogic公司對機器人的廣泛應用至關重要。OLogic透過提供電氣、機械與工業(yè)工程支持以及軟件及韌體工程設計，幫助客戶將大大小小的機器人設計推向市場。這其中包括電子裝置整合電源技術，該技術是決定行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。


 
圖1 : OLogic為客戶設計了許多不同的行動機器人，包括Dusty Robotics（上圖）。 Dusty消除了將建筑平面圖標注在施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)的、勞動密集型過程，在施工現(xiàn)場程序設計的機器人可自動完成該任務。

OLogic為眾多產業(yè)設計了各式各樣機器人，包括農業(yè)、智慧家庭以及庫存控制等。OLogic的機器人客戶群可追溯到一家初創(chuàng)公司，這家公司被許多人看作硅谷行動機器人先驅。柳樹車庫（Willow Garage）以將各大專院校及其他實體的現(xiàn)成開源軟件整合，讓機器人執(zhí)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(chuàng)立了灣區(qū)幾乎所有重要的機器人新創(chuàng)企業(yè)。這為 OLogic 開創(chuàng)了與 Savioke、Knightscope、Fetch 和 Dusty Robotics 等公司合作的全新業(yè)務。

「機器人產業(yè)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(yè)務開發(fā)先進軟件的公司?！筄Logic執(zhí)行長 Ted Larson 說?！鸽娮友b置是后來新增的。結果是人們認為他們可以買到所有這些現(xiàn)成的東西，然后將其組裝起來。這很快就變成了不可靠的計劃。」


 
圖2 : 機器人供電網(wǎng)絡案例：在其機器人中使用Vicor電源模塊（降壓、升降壓和PRM），因為它們功率密度高、效率高且易于使用。

優(yōu)先考慮電源
行動機器人有獨特的電源挑戰(zhàn)，需要一系列功率級別。運行機器人的傳感器、伺服馬達、力距執(zhí)行器、數(shù)據(jù)服務器、通訊系統(tǒng)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。這需要能透過電池電源快速、無干擾且經(jīng)濟有效率地供電。

Larson表示：「我們最近使用最多的組件是 Vicor ZVS 降壓穩(wěn)壓器。我們現(xiàn)已將其用于行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，我要建構自己的電源。』我再也不用這么想了?！?br/>
自動化建構布局，省錢省時
Dusty Robotics（Dusty）是一家與 OLogic 密切合作并優(yōu)化其電源方案的客戶。Dusty 總部位于加州山景城，為現(xiàn)代建筑工人制造機器人驅動的工具。

幾個世紀以來，建筑業(yè)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(xiàn)人為錯誤，影響工程進度及預算。Dusty 數(shù)據(jù)顯示，錯誤會導致重工，這通常占施工項目成本的 10%。

Dusty Robotics 聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術長 Philipp Herget指出：「人工制定計劃會出現(xiàn)很多錯誤，實際錯誤甚至比建筑產業(yè)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 可以防止出錯，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?！?br/>
Dusty FieldPrinter 將速度提高 5 倍且零失誤 ，Dusty 消除了將建筑平面圖標注在施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)的、勞動密集型過程，在施工現(xiàn)場程序設計的機器人可自動完成該任務。Dusty FieldPrinter 機器人先加載數(shù)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。它能夠以大約人工操作五倍的速度，在規(guī)范的1/16英寸的范圍內完成這項工作。

這一創(chuàng)新使建筑產業(yè)的工作情況更像數(shù)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，就能加快修建大樓的速度。大樓竣工越早，付款的速度就越快。時間就是金錢?！?


 
圖3 : 有了電池使用很長的壽命和電源轉換技術，Dusty 的創(chuàng)新機器人正在幫助建筑產業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化，可基于數(shù)字模型，在工地上建立唯一的真實數(shù)據(jù)源。

為 Dusty FieldPrinter 機器人供電
Dusty 的 FieldPrinter 是一款電池供電的行動機器人，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，包括傳感器、驅動馬達和電動組件、運算量很大的處理器以及一款打印機等，而所有這些設備都有不同的工作電壓及電流需求。

這就是為什么 Dusty 委托 OLogic 為其機器人建構核心電子裝置的原因。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，Vicor 公司向 OLogic 介紹一種模塊化方法，用于為機器人建構供電網(wǎng)絡（PDN），其工作效率和散熱效率都很高，而且工作范圍很寬。此外，ZVS 降壓穩(wěn)壓器等 Vicor 模塊還可提供 200 ~ 300W 的功率和 97% 的效率，具有極高的成本效益。

憑借很長的電池使用壽命和電源轉換技術，Dusty機器人正在幫助建筑產業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化，可基于數(shù)字模型，在工地上建立一個唯一的真實數(shù)據(jù)源?，F(xiàn)在，建筑師、總承包商以及每個商業(yè)合作伙伴都不再根據(jù)自己的紙本方案施工，各單位均根據(jù)標注在工地上的統(tǒng)一設計各司其職。能夠提供數(shù)字布局，就能增強這些眾多合作伙伴之間的協(xié)調性，從而可完善規(guī)劃，提高執(zhí)行力并可縮短竣工期。

Herget 講道：「施工自動化正在增強人類改造世界的能力。人們過去使用螺絲起子，現(xiàn)在使用電動工具。這可大幅度簡化工作。我們的機器人驅動工具可在改善技術工人工作環(huán)境的同時，幫助建筑產業(yè)實現(xiàn)升級，創(chuàng)造更好的結果?！?br/>