功率轉(zhuǎn)換技術(shù)突破 推動(dòng)新一代行動(dòng)機(jī)器人

功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新正在推動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)的變革。今天的整合電源模塊正在滿足尺寸、重量、電源預(yù)算以及成本效率的需求，從而將機(jī)器人從工廠、家庭以及商業(yè)應(yīng)用帶入一個(gè)想象中廣闊新天地。

我們正處于一個(gè)機(jī)器人為日常生活帶來巨大優(yōu)勢(shì)的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)。OLogic公司對(duì)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用至關(guān)重要。OLogic透過提供電氣、機(jī)械與工業(yè)工程支持以及軟件及韌體工程設(shè)計(jì)，幫助客戶將大大小小的機(jī)器人設(shè)計(jì)推向市場。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(jī)器人的工作范圍、功能性和充電能力的主要設(shè)計(jì)考慮因素。


 
圖1 : OLogic為客戶設(shè)計(jì)了許多不同的行動(dòng)機(jī)器人，包括Dusty Robotics（上圖）。 Dusty消除了將建筑平面圖標(biāo)注在施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)的、勞動(dòng)密集型過程，在施工現(xiàn)場程序設(shè)計(jì)的機(jī)器人可自動(dòng)完成該任務(wù)。

OLogic為眾多產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)了各式各樣機(jī)器人，包括農(nóng)業(yè)、智慧家庭以及庫存控制等。OLogic的機(jī)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(dòng)機(jī)器人先驅(qū)。柳樹車庫（Willow Garage）以將各大專院校及其他實(shí)體的現(xiàn)成開源軟件整合，讓機(jī)器人執(zhí)行艱巨任務(wù)的實(shí)力而聞名。

2014年公司解散時(shí)，機(jī)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(jī)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(wù)。

「機(jī)器人產(chǎn)業(yè)真正的搖滾明星是那些為機(jī)器學(xué)習(xí)或機(jī)器人算法任務(wù)導(dǎo)航等業(yè)務(wù)開發(fā)先進(jìn)軟件的公司?！筄Logic執(zhí)行長 Ted Larson 說。「電子裝置是后來新增的。結(jié)果是人們認(rèn)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(jì)劃。」


 
圖2 : 機(jī)器人供電網(wǎng)絡(luò)案例：在其機(jī)器人中使用Vicor電源模塊（降壓、升降壓和PRM），因?yàn)樗鼈児β拭芏雀?、效率高且易于使用?br/>
優(yōu)先考慮電源
行動(dòng)機(jī)器人有獨(dú)特的電源挑戰(zhàn)，需要一系列功率級(jí)別。運(yùn)行機(jī)器人的傳感器、伺服馬達(dá)、力距執(zhí)行器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊系統(tǒng)以及其它設(shè)備有不同的電源和功率密度要求。有些很耗電，有些可能運(yùn)行時(shí)間不多。這需要能透過電池電源快速、無干擾且經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)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(gòu)自己的電源?！晃以僖膊挥眠@么想了。」

自動(dòng)化建構(gòu)布局，省錢省時(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。Dusty 總部位于加州山景城，為現(xiàn)代建筑工人制造機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的工具。

幾個(gè)世紀(jì)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(jìn)的 3D CAD 模型設(shè)計(jì)大樓時(shí)，該過程仍需將布局打印在紙上，帶到工地進(jìn)行人工標(biāo)注。卷尺測(cè)量與標(biāo)記過程緩慢，容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，影響工程進(jìn)度及預(yù)算。Dusty 數(shù)據(jù)顯示，錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致重工，這通常占施工項(xiàng)目成本的 10%。

Dusty Robotics 聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)長 Philipp Herget指出：「人工制定計(jì)劃會(huì)出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，實(shí)際錯(cuò)誤甚至比建筑產(chǎn)業(yè)自己意識(shí)到的還多。我們聽說過一些布局錯(cuò)誤導(dǎo)致建筑公司破產(chǎn)的案例。Dusty Robotics 可以防止出錯(cuò)，因?yàn)樗袠?biāo)注都不是手工完成的、都是由機(jī)器人完成的，準(zhǔn)確無誤。」

Dusty FieldPrinter 將速度提高 5 倍且零失誤 ，Dusty 消除了將建筑平面圖標(biāo)注在施工現(xiàn)場的傳統(tǒng)的、勞動(dòng)密集型過程，在施工現(xiàn)場程序設(shè)計(jì)的機(jī)器人可自動(dòng)完成該任務(wù)。Dusty FieldPrinter 機(jī)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(shè)施以及電力設(shè)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(nèi)完成這項(xiàng)工作。

這一創(chuàng)新使建筑產(chǎn)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(yù)測(cè)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?！?


 
圖3 : 有了電池使用很長的壽命和電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，Dusty 的創(chuàng)新機(jī)器人正在幫助建筑產(chǎn)業(yè)實(shí)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(shí)數(shù)據(jù)源。

為 Dusty FieldPrinter 機(jī)器人供電
Dusty 的 FieldPrinter 是一款電池供電的行動(dòng)機(jī)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(shè)備，包括傳感器、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和電動(dòng)組件、運(yùn)算量很大的處理器以及一款打印機(jī)等，而所有這些設(shè)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(jī)器人建構(gòu)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(shí)間的推移，Vicor 公司向 OLogic 介紹一種模塊化方法，用于為機(jī)器人建構(gòu)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(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(zhuǎn)換技術(shù)，Dusty機(jī)器人正在幫助建筑產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可基于數(shù)字模型，在工地上建立一個(gè)唯一的真實(shí)數(shù)據(jù)源。現(xiàn)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(jù)自己的紙本方案施工，各單位均根據(jù)標(biāo)注在工地上的統(tǒng)一設(shè)計(jì)各司其職。能夠提供數(shù)字布局，就能增強(qiáng)這些眾多合作伙伴之間的協(xié)調(diào)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(dòng)化正在增強(qiáng)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(dòng)工具。這可大幅度簡化工作。我們的機(jī)器人驅(qū)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(xiàn)升級(jí)，創(chuàng)造更好的結(jié)果?！?br/>