Integrace 48V napájení a přesné senzory pro humanoidní roboty

Společnost Allegro MicroSystems uvádí na trh nové 48V napájecí architektury a přesné snímače pohybu vyvinuté pro aplikace fyzické umělé inteligence (PAI). Integrovaná řešení jsou navržena tak, aby řešila omezení týkající se velikosti, hmotnosti a bezpečnosti v humanoidní robotice a v prostředích spolupráce člověka s robotem.

Pokrok v integraci 48V napájení v omezených architekturách
Humanoidní roboti stále častěji využívají 48V sběrnicové architektury k minimalizaci hmotnosti kabeláže a snížení odporových ztrát v celých svých mechanických strukturách. Bezpečné snižování vyššího napětí v omezených prostorech však představuje významné tepelné a prostorové výzvy. Integrovaný obvod pro správu napájení (PMIC) A81481 řeší toto inženýrské úzké hrdlo tím, že řídí napájecí a bezpečnostní funkce přímo ze 48V sběrnice, čímž eliminuje potřebu externích předregulátorů.

PMIC, zabalený v pouzdře o rozměrech 6 × 6 mm, integruje dva snižující (buck) regulátory, pět výstupů s nízkým úbytkem napětí (LDO) a třiobvodový diagnostický systém watchdog kompatibilní s ASIL-D. Tato architektura přímé správy napájení napájí distribuované skupiny senzorů, zjednodušuje vedení tras na desce plošných spojů a snižuje celkové rozměry systému a náklady na materiál (BOM) o přibližně 50 procent.

Řešení přesnosti kloubů s vysokým točivým momentem a magnetického rušení
Aktuátory s vysokým točivým momentem umístěné v robotických ramenech, kyčlích a kolenou vyžadují vysoce přesné polohování pod neustálým mechanickým namáháním. Indukční snímače polohy A17802 a A17803 udržují spolehlivost měření tím, že tolerují změny vzduchové mezery prostřednictvím kompenzace na čipu a pokročilých filtračních algoritmů. Jejich přirozená odolnost vůči rozptylovým magnetickým polím eliminuje nutnost těžkého a prostorově náročného magnetického stínění, což dále optimalizuje hmotnost kloubu. Aby se snímač A17803 vešel do prostorově velmi omezených konstrukcí aktuátorů, je umístěn v ultrakompaktním pouzdře QFN.

Obratnost mikrokloubů pro robotické koncové efektory
Na podporu manipulace s mikroklouby v robotických rukou a prstech využívá toto portfolio polovodičové technologie jako kompaktní alternativu k tradičním drátovým rezolverům a optickým enkodérům. Úhlový snímač CT310 na bázi tunelové magnetorezistence (TMR) poskytuje úhlovou přesnost na zlomky stupně v pouzdře DFN o rozměrech 2 × 2 mm, čímž zajišťuje vysokou odolnost proti znečištění, mechanickým nárazům a chybám házivosti. Vedle něj nabízí snímač s Hallovým jevem A33023 zpracování s nízkou latencí a možnost konfigurace digitálního výstupu pro podporu přísné diagnostiky funkční bezpečnosti.

Společnost Sarcomere Dynamics Inc. integruje tyto řídicí jednotky pohybu a napájecí integrované obvody do svého robotického chapadla Scorpion.

„Přesné řízení pohybu, přesné měření a efektivní správa napájení jsou pro pokročilé aplikace robotické manipulace nezbytné,“ uvedl Harpal JS Mandaher, generální ředitel společnosti Sarcomere Dynamics Inc. „Plánujeme pokračovat v této spolupráci na naší další generaci ARTUS Dex, robotické ruce s 24 stupni volnosti, která je navržena tak, aby v pokročilých aplikacích fyzické umělé inteligence poskytovala obratnost blížící se lidské.“

„U stacionárních průmyslových robotů nejsou hmotnost a velikost takovým omezením, protože lze použít kabely velkého průřezu, velké externí pohony a systémy kapalinového chlazení,“ poznamenal Andreas Friedrich, vrchní ředitel pro technologie a strategii společnosti Allegro MicroSystems. „V autonomních humanoidních robotech s více než 30 stupni volnosti se však počítá každý gram a každý milimetr. Kombinací správy 48V napájení, robustních budičů a kompaktních indukčních a TMR snímačů poskytujeme integrované technologické stavební bloky navržené k maximalizaci točivého momentu a kontrole přísných mechanických tolerancí.“

Dodatečný kontext
Tato část podrobně popisuje technické specifikace a srovnání s konkurencí, které nebyly zahrnuty v původní tiskové zprávě.

V sektoru autonomní robotiky se přechod na 48V rozvod energie stává standardem napříč vývojáři, kteří se snaží optimalizovat poměr výkonu a hmotnosti. PMIC Allegro A81481 konkuruje vysoce integrovaným 48V buck kontrolérům a řešením pro správu napájení od společností Texas Instruments a Analog Devices. Zatímco konkurenti se často zaměřují na vysoce účinná integrovaná GaN řešení pro pohony motorů, přímá integrace bezpečnostní diagnostiky ASIL-D u společnosti Allegro vedle duálních výstupů buck a LDO se specificky zaměřuje na přísné požadavky na funkční bezpečnost kolaborativní robotiky fungující v blízkosti lidí.

Pro snímání úhlové polohy přímo konkuruje technologie XtremeSense TMR snímačům TMR od společností Melexis a Infineon Technologies. Odolnost vůči magnetickému rozptylovému poli se stala primárním měřítkem pro enkodéry robotických kloubů. Integrace kompenzace odchylek vzduchové mezery na čipu společnosti Allegro poskytuje měřitelnou výhodu ve zkrácení doby kalibrace během montáže robota ve srovnání s tradičními optickými enkodéry, které vyžadují čisté provozní prostředí a vysoce přesné mechanické seřízení.

Editováno Aishwarya Mambet, editorkou Induportals, s pomocí AI.

www.allegromicro.com