行業(yè)背景

前幾天宇樹G1機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了側(cè)空翻動(dòng)作并保持了平衡，這種側(cè)空翻需要克服旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的非對(duì)稱角動(dòng)量分布問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示騰空階段角加速度峰值達(dá)180 rad/s，著陸沖擊力達(dá)4.5倍自重，對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)爆發(fā)性和輕量化要求更高！其核心零部件國(guó)產(chǎn)化率超90%，成本較進(jìn)口壓縮40%，恭喜中國(guó)企業(yè)以電驅(qū)降本實(shí)現(xiàn)彎道超車！今天合科泰為您講解人形機(jī)器人模塊構(gòu)成及其涉及到的MOS管是如何為機(jī)器人側(cè)空翻完成能量轉(zhuǎn)換的。

機(jī)器人關(guān)節(jié)模組構(gòu)成

人形機(jī)器人機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊正向“高集成、高動(dòng)態(tài)、低時(shí)延”方向發(fā)展，核心在于電機(jī)、減速器、傳感器的協(xié)同優(yōu)化，關(guān)節(jié)模組有八大核心部件（如圖），包括電機(jī)端絕對(duì)值編碼器、直流驅(qū)動(dòng)器溫度傳感器摩、輸出端多圈絕對(duì)值編碼器、摩擦式制動(dòng)保持器、無(wú)框力矩電機(jī)、扭矩傳感器、精密諧波減速機(jī)。

伺服系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成。其中，伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)位置、速度、轉(zhuǎn)矩等各項(xiàng)控制；伺服電機(jī)是伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，將接收到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。

MOS管應(yīng)用

1、電機(jī)控制：

側(cè)空翻離地瞬間髖膝關(guān)節(jié)在10ms內(nèi)輸出峰值扭矩，有高瞬時(shí)功率要求，作為電機(jī)核心驅(qū)動(dòng)的MOS需具備低導(dǎo)通電阻（RDS(on) <1mΩ）和高電流耐受（>500）能力；且關(guān)節(jié)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)需求，需要控制周期縮短至毫秒級(jí)，MOS的開關(guān)頻率需達(dá)100kHz以上才能滿足其快速切換響應(yīng)需要；最后散熱和可靠性對(duì)電機(jī)控制也很重要。

2、電源管理：

側(cè)空翻時(shí)電池瞬間放電功率可達(dá)到50kW，通過(guò)同步整流的MOS關(guān)可實(shí)現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換效率提升；通過(guò)MOS的智能開關(guān)矩陣，可優(yōu)先向關(guān)鍵關(guān)節(jié)分配能量，以確保動(dòng)作連貫性；而在母線電壓波動(dòng)時(shí)（如±20V），TVS-MOS集成保護(hù)快速關(guān)斷MOS管，可防止過(guò)壓擊穿驅(qū)動(dòng)電路。

3、信號(hào)保障：

慣性測(cè)量單元（IMU）、力矩傳感器等使用低閾值MOS，可減少采集噪聲，確保反饋精度；傳感器通過(guò)LVDS接口對(duì)數(shù)據(jù)融合處理，滿足實(shí)時(shí)控制需求。

合科泰自研MOS管導(dǎo)通損耗相較進(jìn)口產(chǎn)品降低15%，在電機(jī)控制、電源管理、信號(hào)保障方面都有性能良好的MOS管。