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赋能机器人:探索RECOM的直流电源解决方案

力量02 10月 2022
黄色机器人平台在标有网格的仓库地板上移动纸箱。
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用于先进机器人应用的电源转换器可以大致分为两类:移动机器人(Mobots),如无人机、自动导引车(AGVs)和自主移动机器人(AMRs),这些通常由电池供电;以及固定安装机器人,例如机械臂、线性组装机器人和协作机器人(Cobots),它们通常由电源供电。

几乎所有的机器人都使用直流驱动,无论是无刷电机(BLDC)还是步进电机,用于操作轮子、驱动器或夹具机制。因此,必需的电源单元通常是为移动机器人使用的DC/DC转换器或为固定机器人使用的AC/DC转换器。   一些重型移动机器人,特别是用于仓库运输或机场、建筑工地以及军事用途等越野环境的机器人,会配备两个电池系统——一个高电压牵引电池和一个低电压电池(12V或24V),低电压电池通过车载转换器为车载电子设备供电。

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A sleek blue industrial robotic arm displayed against a plain white background.

用于移动机器人应用的板载DC/DC转换器需要设计紧凑、轻量(特别是无人机),同时坚固耐用。用于固定机器人应用的AC/DC转换器需要具备通用输入电压、高功率密度,并能够实现无风扇运行。

所有这些变量导致了各种各样的电源需求:

机器人应用中的DC/DC转换器

宽输入电压范围是必需的,以尽可能利用存储的电池能量。例如,一个48V锂离子电池需要一个具有20V–60V标称输入电压范围的DC/DC转换器,同时必须能够处理短时的100V瞬态。

许多电池化学类型,尤其是锂离子电池(Li-Ion),可能会因深度放电而受到不可逆的损害,因此带有内置欠压锁定(UVLO)功能的DC/DC转换器非常有用,它会在电压过低时自动断开电源。

移动机器人通常配备一个高电压牵引电机电池,能够提供移动机器人所需的电力,但需要一个较低电压的电源总线(通常为5V)来为传感器、摄像头、通信接口以及运动检测器等提供动力。为了实现最高的系统故障容错能力,通常使用多个低功耗的DC/DC转换器分别为每个子系统独立供电。这些DC/DC转换器需要紧凑、轻便,并且具有持续短路保护功能,同时具备启用/禁用控制,以确保正确的电源启动/关闭顺序。

直流电动机的堵转电流相比其正常运行电流要高得多,同时在快速加速期间可能需要较高的峰值电流。电源必须能够应对这些高峰值电流,以及在制动时电动机产生的显著反电动势电压,并且在短路或长时间堵转情况下安全地断开负载,以防止电动机绕组过热。例如,RPMGS-20的额定功率为240W,但可以在短时间内(几秒钟)提供480W,之后过载保护将会启动。

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A detailed view of an electric motor showcasing its internal components, including copper coils and a central shaft.

升降压DC/DC转换器(输出电压可以低于、高于或与输入电压相同)可用于将可变的电池电压稳定为固定的供电电压,从而使电机性能不受电池充电状态的影响。例如,一个48V锂离子电池在充满电后输出53V,而在即将耗尽时输出43V。RBBA3000可以被编程为在整个电池充电范围内提供固定的48V输出。

协作机器人(Cobots)旨在与人类并肩工作,帮助举起重物或在复杂的组装过程中选择和呈现小型组件。协作机器人使用一系列技术,例如力传感器、基于摄像头的虚拟边界以及人工智能语音控制,确保在与人类共享同一物理空间时的安全性。协作机器人通常使用主电源供电,但采用分布式电源架构,通过独立的单输出或双输出DC/DC转换器为这些不同的子系统供电,以增强系统安全性并确保系统的故障安全运行。

车载转换器是一种特殊类别的DC/DC转换器,因为它们是移动式的,并且与移动机器人本身一样需应对恶劣的环境条件——例如强烈的冲击和振动、潮湿或肮脏环境中的使用,并且需要符合特殊的移动设备安全法规。此外,由于它们由不同的牵引电池组供电,宽输入电压和可调输出电流限制非常有用。  

一些适合机器人应用的精选RECOM产品:

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部件 功率 类型 输入 输出 移动机器人 工业机器人 协作机器人
RP10-RAW 10W 隔离型 36 – 160VDC 3.3 – 24V12V/24V @ 40A/21A / ±5V – ±15V x x x
RPMH-1.5 36W 降压直流 最高 60VDC 3.3 – 24V @ 1.5A x   x
RPH-3.0 45W 降压直流 最高 55VDC 1 – 15V @ 3A x   x
RPMA-8.0/OF 132W 降压直流 最高 53VDC 3.3-16.5V @ 8A x   x
RPMGS-20 240W 降压直流 最高 75VDC 3.3-8V 或 8-24V @ 20A x x x
RPMGQ-20  240W 降压直流 最高 75VDC 3.3-8V 或 8-24V @ 20A x x x
RBBA3000  3 kW 降压/升压直流 9 – 60VDC 0 – 60V @ 50A
可调电流限制
x x x
RMOD300-EW 300W 板载直流 18 – 60VDC 12.2V/13.7V @ 24A/22A x    
RMOD300-UW 300W 板载直流 18 – 106VDC 12.2V/13.7V/24.5V @ 24A/22/12A x    
RMOD500-W 500W 板载直流 32 - 96VDC 12V/24V @ 40A/21A x    
SD4000 4 kW HV 板载 320/450/600 VDC 24/48V @ 160/83A   x x
```

A collection of Recom power modules displayed against a white background.

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