功率转换技术突破 推动新一代行动机器人

技术的创新正在推动设计的变革。今天的整合电源模块正在满足尺寸、重量、电源预算以及成本效率的需求，从而将从工厂、家庭以及商业应用带入一个想象中广阔新天地。

我们正处于一个为日常生活带来巨大优势的历史转折点。OLogic公司对机器人的广泛应用至关重要。OLogic透过提供电气、机械与工业工程支持以及软件及韧体工程设计，帮助客户将大大小小的机器人设计推向市场。这其中包括电子装置整合电源技术，该技术是决定行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。


 
图1 : OLogic为客户设计了许多不同的行动机器人，包括Dusty Robotics（上图）。 Dusty消除了将建筑平面图标注在施工现场的传统的、劳动密集型过程，在施工现场程序设计的机器人可自动完成该任务。

OLogic为众多产业设计了各式各样机器人，包括农业、智慧家庭以及库存控制等。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行动机器人先驱。柳树车库（Willow Garage）以将各大专院校及其他实体的现成开源软件整合，让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新创企业。这为 OLogic 开创了与 Savioke、Knightscope、Fetch 和 Dusty Robotics 等公司合作的全新业务。

「机器人产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先进软件的公司。」OLogic执行长 Ted Larson 说。「电子装置是后来新增的。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。这很快就变成了不可靠的计划。」


 
图2 : 机器人供电网络案例：在其机器人中使用Vicor电源模块（降压、升降压和PRM），因为它们功率密度高、效率高且易于使用。

优先考虑电源
行动机器人有独特的电源挑战，需要一系列功率级别。运行机器人的传感器、伺服马达、力距执行器、数据服务器、通讯系统以及其它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。这需要能透过电池电源快速、无干扰且经济有效率地供电。

Larson表示：「我们最近使用最多的组件是 Vicor ZVS 降压稳压器。我们现已将其用于行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，我要建构自己的电源。』我再也不用这么想了。」

自动化建构布局，省钱省时
Dusty Robotics（Dusty）是一家与 OLogic 密切合作并优化其电源方案的客户。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，错误会导致重工，这通常占施工项目成本的 10%。

Dusty Robotics 联合创始人兼技术长 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产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 可以防止出错，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 将速度提高 5 倍且零失误 ，Dusty 消除了将建筑平面图标注在施工现场的传统的、劳动密集型过程，在施工现场程序设计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。它能够以大约人工操作五倍的速度，在规范的1/16英寸的范围内完成这项工作。

这一创新使建筑产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。

Herget表示：「如果能缩短工期，就能加快修建大楼的速度。大楼竣工越早，付款的速度就越快。时间就是金钱。」


 
图3 : 有了电池使用很长的寿命和电源转换技术，Dusty 的创新机器人正在帮助建筑产业实现数字化，可基于数字模型，在工地上建立唯一的真实数据源。

为 Dusty FieldPrinter 机器人供电
Dusty 的 FieldPrinter 是一款电池供电的行动机器人，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，包括传感器、驱动马达和电动组件、运算量很大的处理器以及一款打印机等，而所有这些设备都有不同的工作电压及电流需求。

这就是为什么 Dusty 委托 OLogic 为其机器人建构核心电子装置的原因。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，Vicor 公司向 OLogic 介绍一种模块化方法，用于为机器人建构供电网络（PDN），其工作效率和散热效率都很高，而且工作范围很宽。此外，ZVS 降压稳压器等 Vicor 模块还可提供 200 ~ 300W 的功率和 97% 的效率，具有极高的成本效益。

凭借很长的电池使用寿命和电源转换技术，Dusty机器人正在帮助建筑产业实现数字化，可基于数字模型，在工地上建立一个唯一的真实数据源。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本方案施工，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期。

Herget 讲道：「施工自动化正在增强人类改造世界的能力。人们过去使用螺丝起子，现在使用电动工具。这可大幅度简化工作。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，帮助建筑产业实现升级，创造更好的结果。」