功率轉換技術(shù)突破 推動(dòng)新一代行動(dòng)機器人

功率轉換技術(shù)的創(chuàng )新正在推動(dòng)機器人設計的變革。今天的整合電源模塊正在滿(mǎn)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(chǎng)、家庭以及商業(yè)應用帶入一個(gè)想象中廣闊新天地。

我們正處于一個(gè)機器人為日常生活帶來(lái)巨大優(yōu)勢的歷史轉折點(diǎn)。OLogic公司對機器人的廣泛應用至關(guān)重要。OLogic透過(guò)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(hù)將大大小小的機器人設計推向市場(chǎng)。這其中包括電子裝置整合電源技術(shù)，該技術(shù)是決定行動(dòng)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(hù)設計了許多不同的行動(dòng)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場(chǎng)的傳統的、勞動(dòng)密集型過(guò)程，在施工現場(chǎng)程序設計的機器人可自動(dòng)完成該任務(wù)。

OLogic為眾多產(chǎn)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(hù)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(dòng)機器人先驅。柳樹(shù)車(chē)庫（Willow Garage）以將各大專(zhuān)院校及其他實(shí)體的現成開(kāi)源軟件整合，讓機器人執行艱巨任務(wù)的實(shí)力而聞名。

2014年公司解散時(shí)，機器人軟件專(zhuān)家紛紛離開(kāi)，他們后來(lái)創(chuàng )立了灣區幾乎所有重要的機器人新創(chuàng )企業(yè)。這為 OLogic 開(kāi)創(chuàng )了與 Savioke、Knightscope、Fetch 和 Dusty Robotics 等公司合作的全新業(yè)務(wù)。

「機器人產(chǎn)業(yè)真正的搖滾明星是那些為機器學(xué)習或機器人算法任務(wù)導航等業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)先進(jìn)軟件的公司?！筄Logic執行長(cháng) Ted Larson 說(shuō)?！鸽娮友b置是后來(lái)新增的。結果是人們認為他們可以買(mǎi)到所有這些現成的東西，然后將其組裝起來(lái)。這很快就變成了不可靠的計劃?！?br/>

 
圖2 : 機器人供電網(wǎng)絡(luò )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(dòng)機器人有獨特的電源挑戰，需要一系列功率級別。運行機器人的傳感器、伺服馬達、力距執行器、數據服務(wù)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，有些可能運行時(shí)間不多。這需要能透過(guò)電池電源快速、無(wú)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 降壓穩壓器。我們現已將其用于行動(dòng)機器人的很多部位。我從來(lái)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?！晃以僖膊挥眠@么想了?！?br/>
自動(dòng)化建構布局，省錢(qián)省時(shí)
Dusty Robotics（Dusty）是一家與 OLogic 密切合作并優(yōu)化其電源方案的客戶(hù)。Dusty 總部位于加州山景城，為現代建筑工人制造機器人驅動(dòng)的工具。

幾個(gè)世紀以來(lái)，建筑業(yè)使用兩種簡(jiǎn)單的工具來(lái)繪制建筑平面圖：卷尺和粉筆線(xiàn)。即使今天，建筑師使用先進(jìn)的 3D CAD 模型設計大樓時(shí)，該過(guò)程仍需將布局打印在紙上，帶到工地進(jìn)行人工標注。卷尺測量與標記過(guò)程緩慢，容易出現人為錯誤，影響工程進(jìn)度及預算。Dusty 數據顯示，錯誤會(huì )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(shù)長(cháng) Philipp Herget指出：「人工制定計劃會(huì )出現很多錯誤，實(shí)際錯誤甚至比建筑產(chǎn)業(yè)自己意識到的還多。我們聽(tīng)說(shuō)過(guò)一些布局錯誤導致建筑公司破產(chǎn)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(wú)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場(chǎng)的傳統的、勞動(dòng)密集型過(guò)程，在施工現場(chǎng)程序設計的機器人可自動(dòng)完成該任務(wù)。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(mén)、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(chǎn)業(yè)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(shí)還可為處于建筑施工流程核心位置的技術(shù)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(shí)間就是金錢(qián)?！?


 
圖3 : 有了電池使用很長(cháng)的壽命和電源轉換技術(shù)，Dusty 的創(chuàng )新機器人正在幫助建筑產(chǎn)業(yè)實(shí)現數字化，可基于數字模型，在工地上建立唯一的真實(shí)數據源。

為 Dusty FieldPrinter 機器人供電
Dusty 的 FieldPrinter 是一款電池供電的行動(dòng)機器人，可在各種氣象條件下長(cháng)期工作。它包括大量不同的電子設備，包括傳感器、驅動(dòng)馬達和電動(dòng)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(kāi)始使用的是分立式電源解決方案。但隨著(zhù)時(shí)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(luò )（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(cháng)的電池使用壽命和電源轉換技術(shù)，Dusty機器人正在幫助建筑產(chǎn)業(yè)實(shí)現數字化，可基于數字模型，在工地上建立一個(gè)唯一的真實(shí)數據源?，F在，建筑師、總承包商以及每個(gè)商業(yè)合作伙伴都不再根據自己的紙本方案施工，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(xié)調性，從而可完善規劃，提高執行力并可縮短竣工期。

Herget 講道：「施工自動(dòng)化正在增強人類(lèi)改造世界的能力。人們過(guò)去使用螺絲起子，現在使用電動(dòng)工具。這可大幅度簡(jiǎn)化工作。我們的機器人驅動(dòng)工具可在改善技術(shù)工人工作環(huán)境的同時(shí)，幫助建筑產(chǎn)業(yè)實(shí)現升級，創(chuàng )造更好的結果?！?br/>