機(jī)器人在制造和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施中越來(lái)越常見。工廠正在擴(kuò)大移動(dòng)機(jī)器人的使用范圍，以幫助自動(dòng)將物品從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)，而無(wú)需人工干預(yù)，同時(shí)還擴(kuò)大協(xié)作機(jī)器人的使用范圍，以提高工作效率并減少工人疲勞。電流傳感在移動(dòng)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人中起著關(guān)鍵作用，有助于實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)。

移動(dòng)機(jī)器人通常使用主電源軌上 48 V 至 80 V 的鋰離子電池供電，主電源軌上可能會(huì)出現(xiàn)超過(guò) 150 A 的高浪涌電流。移動(dòng)機(jī)器人的次級(jí)電源軌可以利用 3.3 V 至 80 V 之間的任何電壓為照明、電機(jī)、視覺(jué)系統(tǒng)、CPU、內(nèi)存和其他相關(guān)子系統(tǒng)等外圍設(shè)備供電。次級(jí)電源軌上的電流水平通常要低得多，在幾十安培的范圍內(nèi)。

另一方面，協(xié)作機(jī)器人通常在 24 V 至 60 V 之間運(yùn)行。系統(tǒng)內(nèi)的電流水平(特別是電動(dòng)機(jī)中的電流)通常約為每節(jié)點(diǎn) 20 A 或更低。精確的電流測(cè)量對(duì)協(xié)作機(jī)器人來(lái)說(shuō)更為重要，因?yàn)楦呔瓤梢蕴峁﹪?yán)密的系統(tǒng)控制，從而確保機(jī)器人安全高效地運(yùn)行。

電流感應(yīng)在機(jī)器人系統(tǒng)中起著不可或缺的作用，可用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)相電流測(cè)量、電池管理系統(tǒng)和一般外圍設(shè)備監(jiān)控等用例。

移動(dòng)和協(xié)作機(jī)器人中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

在電機(jī)控制應(yīng)用中，電流檢測(cè) IC 現(xiàn)在具有一個(gè)前端，該前端利用了增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 抑制技術(shù)。該技術(shù)可最大限度地減少由切換共模電壓信號(hào)引起的輸出誤差，這種誤差在在線相電流測(cè)量中非常常見。如圖1所示，它改善了失調(diào)、增益誤差和溫度漂移等電氣特性，從而實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)系統(tǒng)性能和超精確測(cè)量等好處。

圖 1 PWM 抑制可改善失調(diào)、增益誤差和溫度漂移等電氣特性。

更仔細(xì)地觀察電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，圖 2顯示了移動(dòng)或協(xié)作機(jī)器人內(nèi)三相電機(jī)系統(tǒng)中電流感應(yīng) IC 的五個(gè)潛在位置。從左上角開始是高側(cè)直流鏈路，它與相位無(wú)關(guān)，可監(jiān)控整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)中的電流負(fù)載以及短路情況。隨后的電流感應(yīng)實(shí)現(xiàn)位于每個(gè)相的高側(cè)，監(jiān)控流入電機(jī)每個(gè)相的電流。監(jiān)控每個(gè)相使系統(tǒng)能夠更好地檢測(cè)哪個(gè)相可能運(yùn)行不正常。對(duì)于高側(cè)測(cè)量，電流感應(yīng) IC 通常會(huì)看到最高的系統(tǒng)電壓水平。

圖 2這是機(jī)器人系統(tǒng)中常用的電機(jī)電流感應(yīng)方法的概要。

圖 2 的中心是在線電流監(jiān)控，它支持閉環(huán)反饋系統(tǒng)?？刂破鞑糠脂F(xiàn)在可以根據(jù)同相電流水平控制系統(tǒng)，從而提供更嚴(yán)格的控制能力。在線電機(jī)電流感應(yīng)的難點(diǎn)在于切換共模信號(hào);但是，PWM 抑制技術(shù)可以幫助減輕 PWM 信號(hào)可能產(chǎn)生的誤差，此外還可以感應(yīng)高達(dá) 110 V 的高共模電壓，類似于高端測(cè)量。這些功能使在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這些 IC 變得更加容易，并通過(guò)實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的系統(tǒng)控制來(lái)提高整體效率。

圖 2 中的最后配置是低側(cè)相位和低側(cè)直流鏈路。低側(cè)測(cè)量通常在較低電壓水平下進(jìn)行，因?yàn)?IC 靠近地;這些 IC 可以監(jiān)控低側(cè)電流。低側(cè)監(jiān)控可以全面讀取系統(tǒng)中的電流測(cè)量值;它還可以在負(fù)載后提供較低級(jí)別的保護(hù)和控制?？梢栽陔姍C(jī)系統(tǒng)中使用一種或多種這些配置。

移動(dòng)和協(xié)作機(jī)器人中的負(fù)載點(diǎn)檢測(cè)

圖 3顯示了移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)如何監(jiān)控外圍設(shè)備，例如照明、雷達(dá)、處理系統(tǒng)和其他相關(guān)子系統(tǒng)。通常，電源系統(tǒng)為次級(jí)軌道和通道提供直流電。電源被引導(dǎo)到 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，然后引導(dǎo)到負(fù)載開關(guān)，當(dāng)不需要外圍設(shè)備時(shí)，負(fù)載開關(guān)會(huì)連接和斷開電源，以節(jié)省能源并提高效率。

圖 3這是機(jī)器人系統(tǒng)中使用的負(fù)載點(diǎn)電流感應(yīng)方法的概覽。

當(dāng)開關(guān)啟用時(shí)，電流感應(yīng) IC 會(huì)監(jiān)控通過(guò)開關(guān)的電流和電壓，并通過(guò) I2C 將電壓、電流、功率和其他重要信息傳輸回微控制器。這些數(shù)據(jù)有助于確保系統(tǒng)的健康和峰值效率。您也可以在這里使用電流感應(yīng) IC，但在大多數(shù)情況下，它需要更多硬件，例如微控制器上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 或通用輸入/輸出引腳。然而，在需要快速過(guò)流檢測(cè)的特定情況下，電流感應(yīng) IC 有一個(gè) 1μs 比較器。

機(jī)器人新興安全趨勢(shì)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 3961-4 規(guī)定了無(wú)人駕駛移動(dòng)機(jī)器人及其倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人系統(tǒng)的安全要求，而 ISO 15066 規(guī)定了協(xié)作工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)及其工作環(huán)境的安全要求。ISO 標(biāo)準(zhǔn)有所不同，因?yàn)橐苿?dòng)機(jī)器人能夠在倉(cāng)庫(kù)或自由度更高的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，這會(huì)增加機(jī)器人發(fā)生事故的可能性。

鑒于 ISO 標(biāo)準(zhǔn)，汽車電子委員會(huì) (AEC)-Q100 IC 可以幫助確保最高的 IC 質(zhì)量，并確保這些 IC 生成的信息可靠。

在移動(dòng)或協(xié)作機(jī)器人平臺(tái)中利用電流感應(yīng)可以提高安全性和效率，減少工人疲勞，并有助于監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況。實(shí)現(xiàn)電流感應(yīng) IC 存在尺寸等挑戰(zhàn)，但小外形晶體管 (SOT)-23 或 SC-70 封裝可以幫助最大限度地減少尺寸限制。

使用電流感應(yīng) IC 可以幫助設(shè)計(jì)人員通過(guò)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格控制和健康監(jiān)測(cè)來(lái)增加增強(qiáng)功能。電流感應(yīng)的范圍不斷擴(kuò)大，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電流感應(yīng)的使用將變得越來(lái)越重要，因?yàn)樵絹?lái)越多的電子設(shè)備需要監(jiān)測(cè)。