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自主移動機器人 (AMR) 為不同領域和行業(yè)帶來了諸多優(yōu)勢，包括提高了安全性和效率。然而，為了能夠安全、獨立地工作，這些復雜的系統(tǒng)需要精心集成多項技術。在開發(fā) AMR 時，設計階段在很大程度上決定了 AMR 成功與否，因此至關重要。本博客詳細討論了 AMR 的兩個重要組件——電源和運動控制的設計注意事項，以及安森美(onsemi)提供的相應解決方案。

圖 1：安森美自主移動機器人演示

為 AMR 供電

自主移動機器人中使用的電源系統(tǒng)和電源組件會對其總電池壽命和工作時長產生重大影響。為 AMR 設計電源系統(tǒng)時要考慮的重要性能特征和參數包括：

能量密度
電壓和電流要求
效率
方案尺寸

AMR 通常使用鋰離子電池，因為此類電池的能量密度高，使用時間長。同時，電源管理單元可調節(jié)從電池到其他組件的功率流。電壓和電流水平通過開關轉換器和穩(wěn)壓器進行控制。AMR 中的電池管理系統(tǒng)可監(jiān)控電池的狀態(tài)、電量、溫度和電流，以確保 AMR 安全高效地運行，而車載電池充電器的規(guī)格取決于電池類型、容量和電壓。智能電源模塊為電機控制系統(tǒng)提供高功率開關。IPM 中的功率開關配有柵極驅動器，用于提供相應的信號來打開和關閉開關。功率因數校正 (PFC) 控制器可提升電源系統(tǒng)的總效率。安森美的 PFC 控制器非常適合 AC-DC 電源應用，比如圖騰柱無橋 PFC 前端或基于 LLC 諧振拓撲的 DC-DC 級。它們還適用于高電壓 DC-DC 功率級，可在 AMR 中實現(xiàn)高效率和高密度快速電池充電器設計。

圖 2：AMR 電源解決方案

AMR 執(zhí)行器的電機設計

在 AMR 中，電機驅動型執(zhí)行器用于移動機器手臂和輪子，因此其選擇至關重要。AMR 需要采用效率高且緊湊輕便的高扭矩和高速執(zhí)行器。選擇執(zhí)行器時，需要對無刷直流 (BLDC) 電機、電機控制器、MOSFET、通用控制器板 (UCB) 和柵極驅動器等組件進行評估。

與有刷電機相比，BLDC 電機具有多個優(yōu)勢。其效率高、噪聲低且高度可靠，可以減少維護工作，因此被應用于 AMR 中。然而，控制此類電機需要復雜的算法和適當的驅動器。三相 BLDC 電機廣泛用于機器人和工業(yè)驅動器。

圖 3：AMR BLDC 電機控制解決方案

電機控制器的功能是精確控制 AMR 執(zhí)行器中的電機。這些器件可完全集成（通過嵌入式控制算法），或者可使用運行電機控制算法的專用微控制器單元 (MCU)。（AMR 中常見的）三相電機由功率晶體管使用脈寬調制 (PWM) 開-關信號驅動，這些開關可由硅或寬禁帶材料制成，比如碳化硅 (SiC) 或氮化鎵 (GaN)。安森美提供多個 BLDC 電機控制解決方案，包括 ECS640A ecoSpin 電機控制器 UCB、NCP81075 柵極驅動器，以及可用于加速 AMR 執(zhí)行器開發(fā)的電源板。

UCB 是基于 Xilinx Zynq-7000 SoC 的系統(tǒng)級模塊 (SoM)，非常適合精密應用，也可用于先進的人工智能 (AI) 。此外，安森美提供基于屏蔽柵極溝槽技術的 MOSFET（30V 至 150V），并提供 u8FL、SO8-FL、雙面冷卻和頂部冷卻等封裝選項。基于 T10 技術的全新 30-40V 和 80V MOSFET 支持低壓與中壓應用。T10 器件分為兩大類別，分別用于電源轉換和電機控制。用于電機控制的 T10M 器件提供出色的導通電阻，UIS 能力提高 10%，并具有優(yōu)異的體二極管軟恢復性能，可降低電壓尖峰并解決 EMI 問題。對于高功率應用中的三相 BLDC 電機，安森美推薦使用基于 PTNG 技術的 MOSFET（80V、100V、120V和150V），而 NTMTSC1D6N10MC、NTMTSC4D3N15MC、NTBLS1D5N10MC 和 NTBLS4D3N15MC MOSFET 可滿足高性能應用的要求。

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要打造靈活而智能的自主移動機器人，電源和運動控制技術發(fā)揮的作用很關鍵。隨著時間推移，單個系統(tǒng)和組件的選擇可對這些先進方案的性能與可靠性產生顯著影響。安森美可以全力支持設計人員完成選擇過程，確保 AMR 能夠充分發(fā)揮其潛能。欲了解有關 AMR 的更多信息，請點擊“閱讀原文”下載我們的白皮書：“自主移動機器人的解決方案和注意事項”。