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功率轉換技術的突破推動機器人革命
[作者 Vicor]   2022年07月08日 星期五 瀏覽人次: [3507]

功率轉換技術的創新正在推動機器人設計的變革。今天的整合電源模組正在滿足尺寸、重量、電源預算以及成本效率的需求,從而將機器人從工廠、家庭以及商業應用帶入一個想像中廣闊新天地。


我們正處於一個機器人為日常生活帶來巨大優勢的歷史轉捩點。OLogic公司對機器人的廣泛應用至關重要。OLogic透過提供電氣、機械與工業工程支援以及軟體及韌體工程設計,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範圍、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消除了將建築平面圖標註在施工現場的傳統的、勞動密集型過程,在施工現場程式設計的機器人可自動完成該任務。
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消除了將建築平面圖標註在施工現場的傳統的、勞動密集型過程,在施工現場程式設計的機器人可自動完成該任務。

OLogic為眾多產業設計了各式各樣機器人,包括農業、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公司,這家公司被許多人看作矽谷行動機器人先驅。柳樹車庫(Willow Garage)以將各大專院校及其他實體的現成開源軟體整合,讓機器人執行艱巨任務的實力而聞名。


2014年公司解散時,機器人軟體專家紛紛離開,他們後來創立了灣區幾乎所有重要的機器人新創企業。這為 OLogic 開創了與 Savioke、Knightscope、Fetch 和 Dusty Robotics 等公司合作的全新業務。


「機器人產業真正的搖滾明星是那些為機器學習或機器人演算法任務導航等業務開發先進軟體的公司。」OLogic執行長 Ted Larson 說。「電子裝置是後來新增的。結果是人們認為他們可以買到所有這些現成的東西,然後將其組裝起來。這很快就變成了不可靠的計畫。」



圖2 : 機器人供電網路案例:在其機器人中使用Vicor電源模組(降壓、升降壓和PRM),因為它們功率密度高、效率高且易於使用。
圖2 : 機器人供電網路案例:在其機器人中使用Vicor電源模組(降壓、升降壓和PRM),因為它們功率密度高、效率高且易於使用。

優先考慮電源

行動機器人有獨特的電源挑戰,需要一系列功率級別。運行機器人的感測器、伺服馬達、力距執行器、資料伺服器、通訊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,有些可能執行時間不多。這需要能透過電池電源快速、無干擾且經濟有效率地供電。


Larson表示:「我們最近使用最多的元件是 Vicor ZVS 降壓穩壓器。我們現已將其用於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。』我再也不用這麼想了。」


自動化建構佈局,省錢省時

Dusty Robotics(Dusty)是一家與 OLogic 密切合作並最佳化其電源配置的客戶。Dusty 總部位於加州山景城,為現代建築工人製造機器人驅動的工具。


幾個世紀以來,建築業使用兩種簡單的工具來繪製建築平面圖:卷尺和粉筆線。即使今天,建築師使用先進的 3D CAD 模型設計大樓時,該過程仍需將佈局列印在紙上,帶到工地進行人工標註。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 資料顯示,錯誤會導致重工,這通常占施工專案成本的 10%。


Dusty Robotics 聯合創始人兼技術長 Philipp Herget指出:「人工制定計畫會出現很多錯誤,實際錯誤甚至比建築產業自己意識到的還多。我們聽說過一些佈局錯誤導致建築公司破產的案例。Dusty Robotics 可以防止出錯,因為所有標註都不是手工完成的、都是由機器人完成的,準確無誤。」


Dusty FieldPrinter 將速度提高 5 倍且零失誤 ,Dusty 消除了將建築平面圖標註在施工現場的傳統的、勞動密集型過程,在施工現場程式設計的機器人可自動完成該任務。Dusty FieldPrinter 機器人先載入數位版平面圖,然後在地面列印出各種功能佈局,如牆壁、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,在規範的1/16英寸的範圍內完成這項工作。


這一創新使建築產業的工作情況更像數位化製造商,不僅可提高一致性、可預測性和可靠性,同時還可為處於建築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 的創新機器人正在幫助建築產業實現數位化,可基於數位模型,在工地上建立唯一的真實資料來源。
圖3 : 有了電池使用很長的壽命和電源轉換技術,Dusty 的創新機器人正在幫助建築產業實現數位化,可基於數位模型,在工地上建立唯一的真實資料來源。

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,包括感測器、驅動馬達和電動元件、運算量很大的處理器以及一款印表機等,而所有這些設備都有不同的工作電壓及電流需求。


這就是為什麼 Dusty 委託 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 介紹一種模組化方法,用於為機器人建構供電網路(PDN),其工作效率和散熱效率都很高,而且工作範圍很寬。此外,ZVS 降壓穩壓器等 Vicor 模組還可提供 200 ~ 300W 的功率和 97% 的效率,具有極高的成本效益。


憑藉很長的電池使用壽命和電源轉換技術,Dusty機器人正在幫助建築產業實現數位化,可基於數位模型,在工地上建立一個唯一的真實資料來源。現在,建築師、總承包商以及每個商業合作夥伴都不再根據自己的紙本方案施工,各單位均根據標註在工地上的統一設計各司其職。能夠提供數位佈局,就能增強這些眾多合作夥伴之間的協調性,從而可完善規劃,提高執行力並可縮短竣工期。


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境的同時,幫助建築產業實現升級,創造更好的結果。」


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