安森美：工业5.0浪潮下，移动机器人加速『智能化』

发布时间：2024-07-16 09:16
作者：AMEYA360
来源：安森美
阅读量：305

　　自主移动机器人 (AMR) 和自动导引车 (AGV) 是具有移动、感知和连接能力的无人机器人，用于运输和移动各种重量和尺寸的负载，以及执行其他功能。此类机器人通常由电池供电，典型电池电压在 12 V 至 48 V 之间。根据所采用的技术和预期用途，此类机器人系统可以与人类进行不同程度的交互，比如在人员周围安全运作，与人员进行高效的合作和协同工作。为帮助工程师更好地解决设计难题，智能移动机器人系统方案指南重磅上线!本文为第一部分，将介绍系统用途、系统实现和市场趋势。

　　系统用途

　　在逐渐迈向工业 5.0(制造业数字化的下一阶段)的过程中，对于人机交互的需求日益增加，机器人技术也亟待改进。

　　智能机器人种类繁多，从机械臂到轮式自动送货机器人，再到能够独立行走的人形机器人，应有尽有。

　　智能机器人与传统工业机器人的不同之处在于，前者使用了大量不同的传感器、AI 和先进算法来与环境交互，检测障碍物，并与人类和其他机器协作。

　　部署自主机器人有助于提高生产力和效率，因为自主机器人擅长执行重复性和/或耗时的任务，如此一来员工就可以腾出时间专注于更有意义的增值活动。

　　当有效负载较轻时，此类系统可以采用 12V 电池供电;如果使用更高的电压(如 48V)，则可以降低工作电流，进而减小导线尺寸和成本。

　　目前，智能机器人主要用于仓库和生产工厂等受控环境，但应用于户外作业的趋势日益明显。

安森美：工业5.0浪潮下，移动机器人加速『智能化』

　　系统实现

　　市场趋势

　　人工智能 (AI) 技术的进步推动打造出更加复杂的自主机器人，这些机器人不仅可以在仓库中运行，而且还可以用于户外和其他管控相对较少的环境，从而明显扩大了智能机器人的全球市场规模。自主机器人市场为电子商务、制造业、医疗等众多行业提供方案，而且可以根据不同需求灵活定制。

　　从 2023 年至 2030 年，协作机器人等既有方案的市场规模预计将以 32% 的复合年增长率 (CAGR) 增长。与此同时，还会出现许多新颖和更复杂的应用场景。

　　未来几年，自动驾驶叉车有望成为电子商务领域的新宠，引领市场增长。

　　其他成熟的类型包括仓库机器人，预计 2023 年至 2030 年期间的复合年增长率为 19%，而送货机器人的增长率预计为 30.3%。

　　智能机器人的部署需要大量的前期投资，导致许多潜在客户望而却步，无法享受自主机器人技术带来的便利与效益。而且，公司需要投入资源对员工进行培训，使员工能够有效地与机器人协作，然后方能提高工作产出。

　　▷工业 5.0

　　工业 5.0，也称为第五次工业革命，是工业化的新兴阶段。在此阶段中，人类将与先进的 AI 赋能机器人肩并肩工作。

　　这一新阶段建立在工业 4.0 的基础之上，并由信息技术 (IT) 的发展所推动，例如人工智能、自动化、大数据分析、物联网 (IoT)、机器学习和机器人技术。

　　工业 5.0 的主要优势在于能够创造具有更高价值的工作岗位。通过实现制造过程的自动化管理，员工能够将更多精力投入到发挥创造力、探索高效的业务方案和执行增值任务中。这将会提升生产效率和工作积极性。

　　随着对可持续性和适应性的关注不断提高，企业将变得更加敏捷和灵活，同时对社会产生积极影响。

　　工业 5.0 正在制造业、医疗、教育、农业等众多领域蓬勃发展。

　　智能移动机器人系统方案指南未完待续，欢迎持续关注我们。

（备注：文章来源于网络，信息仅供参考，不代表本网站观点，如有侵权请联系删除！）

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　　今日，安森美 (onsemi) 推出采用 F5BP 封装的最新一代硅和碳化硅混合功率集成模块 (PIM)，非常适合用于提高大型太阳能组串式逆变器或储能系统 (ESS) 的功率。与前几代产品相比，这些模块在相同尺寸下提供了更高的功率密度和效率，将太阳能逆变器的总系统功率从 300 kW提高到 350 kW。这意味着，使用最新一代模块的装机容量为一千兆瓦的大型太阳能发电场，每小时可实现近两兆瓦的节能效果，相当于每年为超过 700 户家庭供电。此外，要达到与上一代产品相同的功率，所需的模块数量更少，可将功率器件的元器件成本降低 25% 以上。　　由于太阳能发电的平准化能源成本 (LCOE) 最低，太阳能正日益成为全球可再生能源发电的首选。为了弥补太阳能发电的不稳定性，公用事业运营商也在增设大型电池储能系统 (BESS) ，以确保电网的稳定供能。为了支持这种系统组合，制造商和公用事业公司需要能够提供最高效率和可靠电力转换的解决方案。每提高 0.1% 的效率，对于每千兆瓦装机容量，每年可节省 25 万美元的运营成本。　　“作为一种依赖阳光的波动性能源，我们需要不断提高系统效率和可靠性，并采用先进储能解决方案，以确保全球电网在电力需求高峰期和非高峰期的稳定性和可靠性。”安森美电源方案事业群工业电源部副总裁 Sravan Vanaparthy 表示，“更高效的基础设施会促进采用，并确保随着更多太阳能发电设施的建成，减少能源浪费，推动我们在摆脱化石燃料的道路上不断前进。”　　F5BP-PIM集成了1050V FS7 IGBT和1200V D3 EliteSiC二极管，实现高电压和大电流转换的同时降低功耗并提高可靠性。FS7 IGBT 关断损耗低，可将开关损耗降低达 8%，而EliteSiC二极管则提供了卓越的开关性能，与前几代产品相比，导通压降 (VF) 降低了15%。　　这些PIM包含了一种创新的I型中点箝位 (INPC) 拓扑结构的逆变器模块和飞跨电容拓扑结构的升压模块。这些模块还使用了优化的电气布局和先进的直接铜键合 (DBC) 基板，以降低杂散电感和热阻。此外，铜基板进一步将结到散热片的热阻降低了9.3%，确保模块在重载下保持冷却。这种热管理对于保持模块的效率和使用寿命至关重要，使其在需要可靠和持续供电的苛刻应用中非常有效。
2024-08-28 14:54 阅读量：317
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　　消费者需求不断攀升，电动汽车(EV)必须延长续航里程，方可与传统的内燃机(ICE)汽车相媲美。解决这个问题主要有两种方法：在不显著增加电池尺寸或重量的情况下提升电池容量，或提高主驱逆变器等关键高功率器件的运行能效。为应对电子元件导通损耗和开关损耗造成的巨大功率损耗，汽车制造商正在通过提高电池电压来增加车辆的续航里程。　　由此，800 V 电池架构越来越普及，并可能最终取代目前的400 V 技术。然而，电池容量越大，所需的充电时间就越长，这正是车主的另一个顾虑，意味着若在抵达目的地前需中途充电，将要等待很长时间。　　因此，就像需要提高电池电压一样，汽车整车厂商也必须跟上电动汽车车载充电器(OBC)的发展步伐，而首先要考虑的是必须支持800 V 电池架构和处理更高的电压。为此，现行的标准650 V 额定芯片元件需过渡到额定电压最高达1200 V 的芯片元件。此外，为加快电池充电速率，对更高额定功率OBC的需求也在日益增长。　　消费者迫切需要更出色的性能　　OBC能够将交流电转换为直流电，因而可以让汽车利用电网等交流电源进行充电。充电站的输出峰值会明显限制充电速度，同样的，OBC的峰值功率处理能力也是充电速度的一大影响因素。　　在目前的充电基础设施中，充电桩分为三个等级：　　1 级的最大功率为 3.6 kW　　2 级的功率为 3.6 kW 到大约 22 kW ，与 OBC 的最大容量相当　　3 级提供直流电，无需使用 OBC，功率为 50 kW 到 350+ kW　　尽管速度较快的3级直流充电站已投入使用，但其在全球范围内分布有限，因此OBC仍然不可或缺。此外，许多企业正尽可能提高现有2级充电基础设施的性能并促进更高电压电池技术的采用，市场对更高能效OBC的需求预计仍将持续增长。　　表1：OBC的不同功率等级及其对80 kWh 电池充电时间的影响　　表1列举了常见的OBC功率等级及大致充电时间。为加快充电速度、满足消费者需求，行业已开始转向更强大的三相OBC。然而，电动汽车的实际充电时间取决于多个因素。　　首先我们需要明确一点，充电并不是一个线性过程。当电池接近满容量(通常超过80%)时，充电速度会减慢，以保护电池健康。简单来说，电池电量越满，接受电能的速度就越慢。电动汽车通常不是满电状态，许多电动汽车制造商通常也不建议频繁待电量耗至0%再充满至100%，而是只需充一部分(例如最高充到80%)，这样可显著缩短充电时间。此外，电气化趋势正逐渐延伸到公共汽车、货车、重型车辆和农业用车等各种车辆类型甚至是船舶，OBC还将继续发展，目标是实现22 kW 以上更高功率等级。　　汽车整车厂商可以通过构建更强大的OBC来提高2级充电站的充电速度，但这需要利用经济高效且性能可靠的电子元件，来实现更高的电压(800 V，而非400 V)和更高的功率等级。　　更高性能OBC的关键设计考虑因素　　对于更高性能的OBC，除了额定功率和电池电压之外，还有许多因素需要考虑。其中包括散热管理、封装限制、器件成本、电磁兼容性(EMC)以及对双向充电的潜在需求。　　谈到散热管理，很容易想到增加OBC的尺寸和重量。然而，这种简单的方案并不理想，因为电动汽车的空间有限，难以容纳过于庞大OBC，而且重量增加也会导致缩短车辆的续航里程。　　800 V 电池架构可以带来诸多益处，例如减少导通损耗、提高性能、加快充电和电力输送速度等，但也为设计师带来了许多复杂难题：　　器件供应：寻找适合 800 V 安全运转的器件可能会很困难。　　降额以确保可靠性：即使是合格的器件也可能需要降额，也就是以低于最大容量的功率运转，以确保长期可靠性。　　安全问题：更高电压的系统需要强大的绝缘和安全功能。　　测试和验证：验证高电压系统更为复杂，可能需要专门的设备和专业知识。　　为此，需要用到击穿电压更高的元件，对于MOSFET而言尤其如此。事实证明，在需要更快MOSFET开关的更高电压应用(例如OBC)中，改用高性能碳化硅(SiC)元件将大有裨益。开发PCB布局时，考虑电压等级也至关重要，因为可能需要相应地扩大元件间距和PCB走线之间的距离。同样，暴露于更高电压的其他器件(例如连接器、变压器、电容)也需要更高的额定值。　　改进OBC设计，提升性能和功能　　安森美(onsemi)是一家值得信赖的高功率汽车应用功率模块供应商，可以为向800 V 电池系统过渡提供强大支持。安森美先进的EliteSiC 1200 V MOSFET和汽车功率模块(APM)能够实现更高的功率密度，在汽车设计领域一直深受认可。　　图2：EliteSiC 1200V MOSFET 采用TO247-4L封装，提供开尔文源极连接(第3根引线)，可消除栅极驱动环路内共源极寄生电感的影响　　APM32功率模块系列集成安森美先进的1200 V SiC 器件，针对800 V 电池架构进行了优化，更适用于高电压和功率级OBC。APM32系列包括用于功率因数校正(PFC)级的三相桥模块，例如采用1200 V 40 mΩ EliteSiC MOSFET(集成温度感测)的NVXK2VR40WDT2。该模块专为11 – 22 kW OBC 终端应用而设计。　　相较于分立方案，APM32模块技术具有多种优势，包括尺寸更小、散热设计更佳、杂散电感更低、内部键合电阻更低、电流能力更强、EMC性能更好、可靠性更高等，从而有助于创建高性能双向OBC(图3)。这不仅能够增强车辆OBC的功能，还能让电动汽车充当移动的电池储能器。　　　图3的OBC功率级示例中包含升压型三相PFC和双向CLLC全桥转换器，用于提供必要的功率和电压处理及先进的双向充电功能。　　在全球各地逐渐转向太阳能和风能等可持续能源之际，电网的电力供应有时可能供不应求。充满电的电动汽车能够作为重要的储能资源，用来支援电网的峰值需求，或者在建筑物主要电源受损的紧急情况下使用。利用安森美APM32等模块，OBC可以实现电动汽车电池的双向能量传输。由此，电池存储的能量可以短暂地为房屋供电，之后还能随时充电。　　可靠的设计和供应　　与一些将封装技术外包的竞争对手不同，安森美的APM系列均在内部设计和制造，因而能够更好地掌控散热优化。此外，安森美为制造商提供了一系列封装和制造选项，包括裸片、分立元件或模块，从而确保有合适的方案支持任何先进的OBC设计。　　结论　　OBC技术正蓬勃发展，不仅能帮助汽车制造商满足消费者对电动汽车的需求，还能有效应对800 V 电池架构等新技术趋势。利用安森美系统方案(例如APM32功率模块)，汽车设计人员可以简化流程并有效满足新需求，从而在大量减少设计工作的同时，确保更高的质量、可靠性和供应链一致性。　　此外，安森美还提供广泛的技术支持、仿真及其他电源方案，其中包含EliteSiC 1200 V M1和M3SMOSFET、EliteSiC 1200V D1和D3二极管，以及电隔离栅极驱动器、CAN收发器和可复位保险丝等配套器件，旨在助力实现全面、高性能的OBC设计。
2024-08-15 09:20 阅读量：410
安森美：利用Bluetooth®低功耗技术进行定位跟踪方案解析
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　　随着蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，简称BLE)技术发展到5.2及更高版本，其中最重要的进步之一就是定位跟踪技术，该技术可在室内用于资产的移动和定位跟踪。　　蓝牙测向方法包括无连接模式和面向连接模式，因其具有的这种多功能性，该技术可在各种不同的应用场景中得到运用。这种适应性为无线通信和定位服务带来了新的可能，有望在未来取得令人振奋的进步。　　图1：零售店内的客流分析，显示热门行走路线　　这项技术的主要市场之一是零售业，大型商店希望更好地了解顾客在店内的流动情况，从而最大程度地挖掘销售潜力。　　除了零售业，资产追踪技术在工业效率提升方面也能产生深远影响。它可用于监控物料运输车辆，减少时间浪费，提高工作效率。该技术还可以用于驱动复杂的数字孪生(digital twins)系统，实现在虚拟环境中准确复制动作。　　资产追踪不仅能提高效率，还能在确保安全方面发挥重要作用。在仓库和配送中心，跟踪标签的应用使员工和工业机器人能够安全共存，通过让机器人追踪员工的行动，消除了发生碰撞的可能。　　基本系统设计原则　　为了建立位置检测系统，需要在建筑物内(无论是零售店、仓库、医院、机场还是其他类型的建筑物)放置天线阵列。该阵列可以进行高精度的位置测量。　　使用的方法可以是"到达角"(AoA)或"出发角"(AoD)。虽然两者都使用相同的射频(RF)信号测量，但信号处理和天线配置却各不相同。　　图2：位置检测系统示意图　　通常情况下，系统由三个主要部分组成：蓝牙发射器(AoA标签)、接收器/天线阵列(AoA定位器)以及角度和位置计算系统。工作时，AoA标签会发送固定频率扩展(constant tone extension，CTE)信号。　　这种CTE信号以不断扩大的球形模式向外传播，并被天线接收。由于信号的波长/频率是已知的，接收器之间的距离也是已知的，因此可以使用相对简单的三角法计算信号的角度，从而根据信号到达每个天线时的相位差确定发射器的位置。　　替代方法和更高的精确度　　通过使用两对天线进行两次探测，就能以极高的精度三角定位出AoA标签的确切位置。　　另一种无需角度测量的方法是三坐标法(trilateration)。这种方法基于使用蓝牙5.4的信道探测(Channel Sounding，CS)特性或超宽带(Ultra-Wideband，UWB)技术，测量飞行时间(Time-of-Flight，ToF)来得出距离。　　CS也被称为高精度距离测量(HADM)，许多人认为它是基于RSSI的距离测量的一种非常精确的替代方法。　　安森美RSL15 AoA 解决方案　　安森美推出的RSL15是一款通过蓝牙5.2认证的安全无线微控制器，专为包括工业、医疗和到达角定位(AoA)在内的超低功耗应用进行了优化。该器件基于一颗运行频率高达48 MHz 的Arm® Cortex®-M33处理器构建，并具备加密安全功能。它提供了业界极低的功耗水平，发射时的峰值电流仅为4.3 mA，在等待GPIO 唤醒的睡眠模式下更是降低至36 nA。RSL15微控制器旨在满足从零售业、临床环境、制造业和配送中心等广泛跟踪应用的需求。　　安森美的AoA 解决方案在发射器(AoA标签)和扫描器/定位器中都使用了RSL15。这可以使用RSL15 和安森美的软件开发工具包(SDK)实现，或者，对于集成度更高的解决方案，可以使用集成了RSL15 的Murata 2EG 射频SIP 模块。　　图3：安森美的端到端 AoA系统由多个模块组成　　在系统中，发射器(Advertiser)生成CTE信号，由扫描器接收。由此产生的IQ 样本被发送到本地PC或云端运行的应用程序，以计算扫描器与标签之间的角度。然后将这些角度转换为笛卡尔坐标，并映射到二维或三维空间。　　这两种应用的示例代码均可从安森美的网站上免费获取，同时还有一个功率估算工具，可根据电池寿命选择通信协议。　　参与该项目的其他安森美合作伙伴还有CoreHW 和Unikie。CoreHW提供多达16个单端天线端口的天线阵列板。有一个AoA / AoD开关，用于选择天线以及连接射频和数字控制信号。　　Unikie提供了一款专为实时追踪标签而设计的蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)电子定位引擎。该引擎支持在边缘服务器或云端处理数据，既保证了灵活性也实现了成本效益(图4)。　　图4：用于定位应用的Unikie 软件引擎　　API接口促进了与企业系统的无缝集成，提供了访问复杂数据建模的能力。这样就能更深入地了解物料流向、利用率和行为模式，标志着基于位置的服务和资产管理取得了显著进步。　　结语　　要成功实现蓝牙低功耗测向，关键是解决方案要持久耐用且经济实惠。凭借业界功耗极低的安全蓝牙低功耗MCU，安森美技术走在了实现AoA 未来创新的前沿。
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