為靈巧機器狗提供關鍵動力的電源模組方案

2020-06-15
作者 Vicor公司供稿

機器狗「絕影」形態上的提升仰賴於內部元件的尺寸及重量,由於其內部空間有限,沒有更多空間用於散熱。因此,高轉換效率電源模組成為系統設計工程師關注的焦點。

縱觀機器狗的發展歷史,早期機器狗體積大、重量重、關節靈活度不夠、行動受限,也無法適應複雜的運作環境。美商波士頓動力(Boston Dynamic)的機器狗所展現的實力毋庸置疑,具有一定產業地位;而有一家中國大陸業者雲深處科技(Deep Robotics)也不甘人後,轉變研發思路,以應用為導向,經過數年時間開發出了外形靈巧、可快速移動、具有高動態平衡能力的機器狗「絕影」。

雲深處開發的機器狗「絕影」身長85公分,站立時身高65公分,體重約40公斤,憑藉仿生腿部設計以及強大的關節驅動能力,可以躍過約40公分的障礙物,原地起跳高度70公分,立定跳遠距離可達1.5公尺,其最高時速超過7公里。「絕影」可以用後腿發力、前腿前撲,重心上下起伏的姿態奔跑,並平穩地通過佈滿大塊磚石的路面。同時「絕影」具備足夠的感知能力,可以順利地找到自己的「狗窩」──也就是充電樁,趴上去為自己充電。

 

中國大陸業者雲深處科技開發的機器狗「絕影」。

(圖片來源:雲深處科技官網)

 

不同於市場上其他產品具備上百公斤的負重能力,機器狗「絕影」負重能力在 10~20公斤左右。雲深處總工程師李豐表示:「我們想開發一個面向產業應用、且更加輕盈的機器狗,因此搭載一些輕量的感測器和內部元件成為設計之初的必要考量;」他並指出,協助機器狗「絕影」實現新模態功能的 Vicor DCM3623 電源模組功不可沒。

機器狗「絕影」形態上的提升仰賴於內部元件的尺寸及重量,由於其內部空間有限,沒有更多空間用於散熱。因此,高轉換效率電源模組成為系統設計工程師關注的焦點。受益於 Vicor DCM3623 電源模組的小型化、輕重量、高轉換效率等特點,使機器狗「絕影」外形變得靈巧、具備更強的靈活性成為可能,備受業界矚目。

升級版機器狗對系統電源需求包括:高效率、支援系統續航能力的提高、有限的散熱空間、小體積、輕重量以及高散熱。以鋰電池(80V)為機器狗系統供電,兩級轉換為系統設備供電──80V鋰電池電壓轉換為母線電壓後再進行二次轉換,整個功率大概在 200W 左右。DCM ChiP的成員DCM3623成功應用於機器狗領域而獨領風騷。

DCM系列最新成員採用 ChiP (Converter housed in Package)封裝,支援 1,032W/in3的功率密度。該DCM ChiP是一款 DC-DC 轉換器模組,可提供一個業經驗證的、比其他離散式解決方案更快的電源系統設計選項。DCM支援寬範圍、未穩壓的工作輸入電壓,可產生一個穩壓隔離式 DC 輸出。DCM 採用高頻率零電壓切換(ZVS) 拓撲,可在其整個輸入電壓範圍內始終如一地提供高效率。

DCM3623 主要特性包括:更新小功率的DC/DC產品系列,最高提供240W功率以及高達93% 的峰值效率,小型化(36.38 x 22.8 x 7.26 mm)、輕重量,採用ChiP 封裝。DCM3623為首創中小功率表面黏著電源模組晶片(SM-Chip),將晶片製造概念引入電源模組的生產,現在已經實現全自動化生產,相比於Vicor之前的半自動生產,此系列產品的價格得以大幅降低,產品一致性進一步提升,更適合規模化商業應用。

系統工程師坦言沒有更多的精力顧及更為深入的電源知識,希望複雜的功能被整合,簡單而可靠的週邊電路是他們選型的一個指導方針,而Vicor DCM3623電源模組正滿足了他們的需求:不需要複雜計算、設計和連接。Vicor的設計初心就是為系統工程師考慮,一切以簡化系統設計為出發點,同時電源模組的技術特性還必須滿足系統運作對穩定性、可靠性的要求。

雲深處李豐表示:「機器狗是多馬達驅動協同工作的環境,電磁干擾是必須要面對的問題,但在系統驗證中我們卻不會為此煩惱。一方面 Vicor 的封裝設計已經在電磁相容方面做了深入考量,另一方面 Vicor 團隊和機器狗開發團隊共同研發、尋找解決方案,成功的解決了浪湧、高頻雜訊等問題,系統的可靠性得到了充分保證」,。

在談及機器狗的應用場景時,李豐指出:「機器狗在很大程度上可以替代人類做一些人類不願意做的工作,比如巡檢工作;最終,機器狗可以在難度及危險係數高的工作,比如治安排爆、礦井探察、野外探險等工作,目前此類機器狗已經成功應用於不同的客戶,發揮不同的作用」

今日我們看到機器狗「絕影」的適應性更強,應用場景更廣泛,在重量、體積、運動效能、感知能力方面都得到了進一步提升,控制演算法上也取得了突破性進展,某些方面更優於波士頓動力。專注各自所長,以應用為導向,讓系統應用工程師有更多的精力關注產品特性,而無需過多考慮供電系統本身;這也是Vicor電源工程師的初心,相信隨著與雲深處在技術合作上的不斷深入,能更進一步擴大機器狗商業化生產及應用。

活動簡介

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