Miért kötelező az áramérzékelés az együttműködő, mobil robotoknál?

A robotok egyre gyakoribbak a gyártó- és raktárépületekben. A gyárak kibővítik a mobil robotok alkalmazását, hogy emberi beavatkozás nélkül, autonóm módon mozgassanak tárgyakat A pontból B pontba, miközben kiterjesztik a kollaboratív robotok alkalmazását is a hatékonyabb munkavégzés és a dolgozók fáradtságának csökkentése érdekében. A jelenlegi érzékelés kritikus szerepet játszik a mobil robotokban és a kollaboratív robotokban ezen előnyök megvalósításában.

A mobil robotok általában 48 V és 80 V közötti lítium-ion akkumulátorokkal működnek a fő gyűjtősínen, és a fő gyűjtősínen 150 A-t meghaladó nagy bekapcsolási áramot tapasztalhatnak. A mobil robotok másodlagos gyűjtősínjei 3,3 V és 80 V között bárhol használhatók perifériák, például világítás, motorok, vizuális rendszerek, CPU, memória és más releváns alrendszerek táplálására. A szekunder gyűjtősínek áramszintje jellemzően jóval alacsonyabb, több tíz amperes tartományban.

Másrészt az együttműködő robotok jellemzően 24 V és 60 V között működnek. A rendszeren belüli áram szintje, különösen az elektromos motorok áramszintje, általában 20 A körüli vagy kevesebb csomópontonként. A pontos árammérés sokkal fontosabb az együttműködő robotoknál, mivel a nagy pontosság biztosítja a szigorú rendszervezérlést, amely lehetővé teszi a robot biztonságos és hatékony működését.

Az áramérzékelés szerves szerepet játszik a robotrendszerekben olyan felhasználási esetekben, mint a fázisáram mérése motorhajtással, akkumulátor-kezelő rendszerek és általános periféria-felügyelet.

Motorhajtások mobil és együttműködő robotokban

A motorvezérlő alkalmazásokban az áramérzékeny IC-k előlappal rendelkeznek, amely a fokozott impulzusszélesség-modulációnak (PWM) nevezett technológiát használja. Ez a technológia minimálisra csökkenti a közös módusú feszültségjelek kapcsolásából adódó kimeneti hibát, ami nagyon gyakori a soros fázisáram méréseknél. Ahogy látható 1.ábrajavítja az elektromos jellemzőket, például az eltolást, az erősítési hibát és a hőmérséklet-eltolódást, ami olyan előnyöket tesz lehetővé, mint a jobb rendszerteljesítmény és az ultraprecíz mérések.

1.ábra A PWM-elutasítás javítja az elektromos jellemzőket, például az eltolást, az erősítési hibát és a hőmérséklet-eltolódást. Forrás: Texas Instruments

Ha közelebbről megvizsgáljuk a motorhajtást, 2. ábra öt lehetséges helyet mutat az áramérzékeny IC-k számára háromfázisú motorrendszerekben mobil vagy kollaboratív robotokon belül. A bal felső sarokban egy felső egyenáramú kapcsolat kezdődik, amely fázis-agnosztikus, és figyeli a teljes motorrendszer áramterhelését és a rövidzárlatot. Az ezt követő áramérzékelő implementáció az egyes fázisok felső oldalán található, és figyeli a motor egyes fázisaiba menő áramot. Az egyes fázisok figyelésével a rendszer jobban felismeri, hogy melyik fázis nem működik megfelelően. Magas oldali méréseknél az áramérzékeny IC-k általában a legmagasabb rendszerfeszültségszinteket látják.

2. ábra Íme egy áttekintés a robotrendszerekben általánosan használt motoráram-érzékelő módszerekről. Forrás: Texas Instruments

A 2. ábra közepére kerülve az inline áramfigyelés, amely lehetővé teszi a zárt hurkú visszacsatoló rendszert. A vezérlő rész most már a fázison belüli teljesítményszintek alapján vezérelheti a rendszert, így szűkebb vezérlési lehetőségeket biztosít. A beépített motoráram-érzékelés nehézsége a közös módú jel kapcsolása; A PWM-elnyomás-technológia azonban segíthet csökkenteni a PWM-jel által generált hibát, amellett, hogy akár 110 V-ig is észleli a magas közös módú feszültségeket, hasonlóan a felső oldali méréshez. Ezek a funkciók megkönnyítik ezeknek az IC-knek a rendszerben való megvalósítását, és növelik az általános hatékonyságot azáltal, hogy lehetővé teszik a szigorúbb rendszervezérlést.

A 2. ábrán látható végső konfigurációk az alsó fázis és az alsó oldali DC közbenső áramkör. Az alsó oldali méréseket általában alacsonyabb feszültségszinteken végzik, mivel az IC-k földközelben vannak; ezek az IC-k képesek figyelni az alacsony oldali áramot. Az alacsony oldali felügyelet holisztikus kiolvasást biztosít a rendszerben lévő aktuális értékekről; betöltés után is kevesebb védelmet és irányítást biztosít. Egy motorrendszerben egy vagy több ilyen konfiguráció is használható.

Terhelési pont érzékelés mobil és kollaboratív robotokban

3. ábra bemutatja, hogy egy mobil robotrendszer hogyan tudja felügyelni a perifériákat, például a világítást, a radarokat, a feldolgozórendszereket és más releváns alrendszereket. Általában az áramellátó rendszer egyenárammal látja el a szekunder gyűjtősíneket és csatornákat. Az áramot egy DC/DC konverterhez, majd egy terheléskapcsolóhoz vezetik, amely összeköti és leválasztja a terhelést a forrásról, hogy energiát takarítson meg és növelje a hatékonyságot, amikor nincs szükség a perifériákra.

3. ábra Itt egy átfogó áttekintést nyújtunk a robotrendszerekben használt terhelésponti áramérzékelő módszerekről. Forrás: Texas Instruments

Amikor a kapcsoló be van kapcsolva, egy áramérzékeny IC figyeli a kapcsolón keresztül érkező áramot és feszültséget, és az I-n keresztül visszaküldi a feszültséget, áramot, teljesítményt és egyéb fontos információkat a mikrokontrollernek.2C. Ezek az adatok segítenek biztosítani a rendszer állapotát és a maximális hatékonyságot. Itt is használhatunk áramérzékeny IC-t, de a legtöbb esetben több hardverre lenne szükség, például analóg-digitális átalakítóra (ADC) vagy egy közös bemeneti/kimeneti lábra a mikrokontrolleren. Bizonyos esetekben azonban, amikor gyors túláram-érzékelésre van szükség, az áramérzékeny IC-nek van egy 1 µs-os komparátora.

Feltörekvő biztonsági trendek a robotokban

A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) 3961-4 meghatározza az önjáró mobil robotok és rendszereik biztonsági követelményeit raktári robotikára, míg az ISO 15066 a kollaboratív ipari robotrendszerekre és munkakörnyezetükre vonatkozó biztonsági követelményeket. Az ISO szabványok eltérőek, mivel a mobil robot azon képessége, hogy lényegesen nagyobb szabadságfokkal mozogjon egy raktárban vagy területen, nagyobb valószínűséggel fordulhat elő a robotot érintő incidenshez.

Tekintettel az ISO-szabványokra, az Automotive Electronics Council (AEC)-Q100 IC-k segíthetnek biztosítani az IC-k legmagasabb minőségét, és biztosíthatják, hogy az ezen IC-k által generált információ megbízható legyen.

Az áramérzékelés mobil vagy együttműködő robotplatformokon történő használata javíthatja a biztonságot és a hatékonyságot, csökkentheti a dolgozók fáradtságát, és segíthet a rendszer állapotának nyomon követésében. Vannak kihívások az áramérzékeny IC-k megvalósítása során, mint például a méret, de a kis körvonalú tranzisztor (SOT)-23 vagy SC-70 csomagok segíthetnek minimalizálni a méretkorlátozásokat.

Az áramérzékeny IC-k használata segíthet a tervezőknek továbbfejlesztett képességekkel bővíteni azáltal, hogy lehetővé teszi a szigorú ellenőrzést és az állapotfigyelést. Az áramérzékelés egyre nagyobb és nagyobb, és ahogy a technológia tovább növekszik, az áramérzékelés használata egyre fontosabbá válik, mivel több elektronikát kell ellenőrizni.

Kyle Stone a Texas Instruments termékmarketing mérnöke.

kapcsolodo tartalom

Leave a Comment

%d bloggers like this: