高密度电源模块驱动新一代移动机器人发展
| 功率转换技术的创新正在实现机器人设计的变革。今天的集成电源模块可充分满足尺寸、重量、电源预算以及成本效率的需求，从而将机器人从工厂、家庭以及商业应用带入一个想象中的广阔新天地。 我们正处于一个机器人为我们的生活带来巨大优势的历史转折点。有些机器人在餐厅接单，有些机器人负责安保工作，还有一些机器人在建筑工地工作，为平面布局提高精度。机器人无处不在。OLogic 在机器人数量的大量应用过程中发挥着重要作用。 OLogic 公司是一家位于加州圣克拉拉的电子设计咨询公司，拥有超过 15 年的丰富经验，通过提供电气、机械工业工程支持以及软件及固件工程设计，帮助客户将大大小小的机器人设计推向市场。这其中包括电源电子器件集成专业技术，该技术是决定移动机器人的工作范围、功能性和充电能力的主要设计考虑因素。 “我认为人们与我们建立业务关系的主要原因是，他们需要我们在他们将要构建的机器人方面提供电子设计支持，我们对这种需求有独特的见解，因为我们已经构建了上百款机器人。” OLogic 首席执行官 Ted Larson 说。“您可以聘用一位曾经在机器人公司工作过的工程师，也可以聘用一位管理人员来管理我们，您的整个项目就会取得成功。” OLogic 为众多行业设计了大量机器人，其中包括农业、智慧家居以及库存控制等。OLogic 的机器人客户群可追溯到一家初创公司，这家公司被许多人看作硅谷移动机器人先驱。柳树车库（Willow Garage）以其将各高校及其他实体的现成开源软件整合在一起，帮助机器人执行艰巨任务的实力而闻名。 2014 年公司解散时，机器人软件专家纷纷离开，他们后来创立了湾区几乎所有 重要的机器人初创型企业。这为 OLogic 开创了与 Savioke、Knightscope、Fetch 以及 Dusty Robotics 等公司合作的全新业务。 “机器人行业真正的摇滚明星是那些为机器学习或机器人算法任务导航等业务开发高级软件的公司。”Larson说道。“电子器件是后来新增的。结果是人们认为他们可以买到所有这些现成的东西，然后将其组装起来。这很快就变成了不靠谱的计划。” 优先考虑电源 移动机器人具有独特的电源挑战。运行机器人的传感器、伺服电机、执行器、数据服务器、通信系统以及设备有不同的电源和功率密度要求。有些很耗电，有些可能运行时间不多。这需要通过电池电源快速、清洁且经济高效地供电。 Vicor 公司向 OLogic 介绍了一种模块化方法，用于为机器人构建供电网络 (PDN)。Vicor 高密度电源模块实现了高效率的电源转换，可轻松扩展，使其具有很强的适应性很强。 Larson 说：“我们最近使用最多的部件是 Vicor ZVS 降压稳压器。我们现已将其用于移动机器人的很多部位。我从来不用想：‘哦，在 12V 电压下我需要 5A 或 10A 的电流，我要构建自己的电源。’我再也不用这么想了。”  Dusty 消除了将建筑平面图标注在施工现场的传统劳动密集型过程，在施工现场编程的机器人可自动完成该任务。Dusty FieldPrinter 机器人先加载数字版平面图，然后在地面打印出各种功能布局，如墙壁、门、管道设施以及电力设施等。 自动化构建布局，省钱省时 Dusty Robotics (Dusty)是一家与 OLogic 密切合作优化其电源配置的客户。Dusty 总部位于加州山景城，为现代建筑工人制造机器人驱动的工具。 几个世纪以来，建筑业一直使用两种简单的工具来绘制建筑平面图：卷尺和粉笔线。即使今天，建筑师使用先进的 3D CAD 模型设计大楼时，该过程仍需将布局打印在纸上，带到工地进行人工标注。卷尺测量与标记过程缓慢，容易出现人为错误，影响工程进度及预算。Dusty 数据显示，错误会导致返工，这通常占施工项目成本的 10%。 Dusty Robotics 联合创始人兼首席技术官 Philipp Herget 指出：“人工制定计划会出现很多错误，实际错误甚至比建筑行业自己意识到的还多。我们听说过一些布局错误导致建筑公司破产的案例。Dusty Robotics 可以防止这类错误的出现，因为所有标注都不是手工完成的、都是由机器人完成的，准确无误。” Dusty FieldPrinter 在准确无误的情况，可将速度提高 5 倍 Dusty 消除了将建筑平面图标注在施工现场的传统劳动密集型过程，在施工现场编程的机器人可自动完成该项任务。Dusty FieldPrinter 机器人先加载电子版平面图，然后在地面打印出各种功能布局，如墙壁、门、管道设施以及电力设施等。它能够以大约人工作业五倍的速度，在规范的十六分之一英寸的范围内完成这项工作。 这一创新使建筑行业的工作情况更像数字化制造商，不仅可提高一致性、可预测性和可靠性，同时还可为处于建筑施工流程核心位置的技术工人改善工作条件。此外，在建筑商将建筑预制板拼装在一起时，Dusty 也有助于提高效率，这是一种越来越普遍的施工选择。例如，与人工砌的可以实时调整的墙不同，预制建筑材料只能以一种方式组合在一起，如果安装不正确，可能会加剧错误。  Dusty FieldPrinter 使建筑行业更像数字化制造商，不仅可提高一致性、可预测性和可靠性，同时还可为处于建筑施工流程核心位置的技术工人改善工作条件。 Herget 表示：“如果能缩短工期，就能加快竣工速度。竣工越早，付款的速度就越快。时间就是金钱。在建筑行业，速度的价值极高。” 为 Dusty FieldPrinter 机器人供电 Dusty 的 FieldPrinter 是一款电池供电的移动机器人，可在各种气象条件下长期工作。它包括大量不同的电子设备，有传感器、驱动电机和电动组件、计算量很大的处理器以及一款打印机等，所有这些设备都有不同的工作电压及电流需求。因此，Dusty 很大一部分电子设计都集中在电源转换方面，以便在电池输出电压不断变化的环境中为多个组件供电。 这就是为什么 Dusty 委托 OLogic 为其机器人构建核心电子元器件的原因。OLogic 一开始使用的是分立式电源解决方案。但随着时间的推移，该公司开始意识到，他们根本无法设计出像 Vicor 电源模块一样工作效率和散热效率都很高，而且工作范围很宽的产品。此外， ZVS 降压稳压器等 Vicor 模块在供电方面还具有极高的成本效益。 “Vicor ZVS 降压稳压器采用极小封装提供 200 ~ 300W 的功率，效率高达 97%。” Larson 惊叹道。“你不可能从头开始设计这样的产品，而且以同样的价格使其良好运行。因此，没有理由不使用 Vicor 产品。这比分立式设计简单，速度更快。我不需要验证，而且面临的风险更小。” Dusty 机器人很复杂，需要 12V、5V 和 3V 的电源在大功率下运行。通过一系列 Vicor 模块管理电源转换，有助于缩短设计进程，可确保在不同的工作范围及温度范围（室内室外）间可靠运行。 凭借很长的电池使用寿命和业界一流的电源转换技术，Dusty 的机器人创新正在帮助建筑行业实现数字化，可基于数字模型，在工地上创建一个唯一的真实数据。现在，建筑师、总承包商以及每个商业合作伙伴都不再根据自己的纸质方案施工，各单位均根据标注在工地上的统一设计各司其职。能够提供数字布局，就能增强这些众多合作伙伴之间的协调性，从而可完善规划，提高执行力并可缩短竣工时间。 Herget 讲道：“施工自动化正在增强人类改造世界的能力。人们过去使用螺丝刀，现在使用电动工具。这可大幅简化工作。我们的机器人驱动工具可在改善技术工人工作环境的同时，帮助建筑行业实现升级，创造更好的结果。”
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