为什么电流感应对于协作移动机器人来说必不可少

机器人在制造和仓储设施中越来越常见。工厂正在扩大移动机器人的使用范围，以帮助自动将物品从 A 点移动到 B 点，而无需人工干预，同时还扩大协作机器人的使用范围，以提高工作效率并减少工人疲劳。电流传感在移动机器人和协作机器人中起着关键作用，有助于实现这些优势。

移动机器人通常使用主电源轨上 48 V 至 80 V 的锂离子电池供电，主电源轨上可能会出现超过 150 A 的高浪涌电流。移动机器人的次级电源轨可以利用 3.3 V 至 80 V 之间的任何电压为照明、电机、视觉系统、CPU、内存和其他相关子系统等外围设备供电。次级电源轨上的电流水平通常要低得多，在几十安培的范围内。

另一方面，协作机器人通常在 24 V 至 60 V 之间运行。系统内的电流水平(特别是电动机中的电流)通常约为每节点 20 A 或更低。精确的电流测量对协作机器人来说更为重要，因为高精度可以提供严密的系统控制，从而确保机器人安全高效地运行。

电流感应在机器人系统中起着不可或缺的作用，可用于电机驱动相电流测量、电池管理系统和一般外围设备监控等用例。

移动和协作机器人中的电机驱动器

在电机控制应用中，电流检测 IC 现在具有一个前端，该前端利用了增强型脉冲宽度调制 (PWM) 抑制技术。该技术可最大限度地减少由切换共模电压信号引起的输出误差，这种误差在在线相电流测量中非常常见。如图1所示，它改善了失调、增益误差和温度漂移等电气特性，从而实现了增强系统性能和超精确测量等好处。

图 1 PWM 抑制可改善失调、增益误差和温度漂移等电气特性。

更仔细地观察电机驱动器，图 2显示了移动或协作机器人内三相电机系统中电流感应 IC 的五个潜在位置。从左上角开始是高侧直流链路，它与相位无关，可监控整个电机系统中的电流负载以及短路情况。随后的电流感应实现位于每个相的高侧，监控流入电机每个相的电流。监控每个相使系统能够更好地检测哪个相可能运行不正常。对于高侧测量，电流感应 IC 通常会看到最高的系统电压水平。

图 2这是机器人系统中常用的电机电流感应方法的概要。

图 2 的中心是在线电流监控，它支持闭环反馈系统。控制器部分现在可以根据同相电流水平控制系统，从而提供更严格的控制能力。在线电机电流感应的难点在于切换共模信号;但是，PWM 抑制技术可以帮助减轻 PWM 信号可能产生的误差，此外还可以感应高达 110 V 的高共模电压，类似于高端测量。这些功能使在系统中实现这些 IC 变得更加容易，并通过实现更严格的系统控制来提高整体效率。

图 2 中的最后配置是低侧相位和低侧直流链路。低侧测量通常在较低电压水平下进行，因为 IC 靠近地;这些 IC 可以监控低侧电流。低侧监控可以全面读取系统中的电流测量值;它还可以在负载后提供较低级别的保护和控制。可以在电机系统中使用一种或多种这些配置。

移动和协作机器人中的负载点检测

图 3显示了移动机器人系统如何监控外围设备，例如照明、雷达、处理系统和其他相关子系统。通常，电源系统为次级轨道和通道提供直流电。电源被引导到 DC/DC 转换器，然后引导到负载开关，当不需要外围设备时，负载开关会连接和断开电源，以节省能源并提高效率。

图 3这是机器人系统中使用的负载点电流感应方法的概览。

当开关启用时，电流感应 IC 会监控通过开关的电流和电压，并通过 I2C 将电压、电流、功率和其他重要信息传输回微控制器。这些数据有助于确保系统的健康和峰值效率。您也可以在这里使用电流感应 IC，但在大多数情况下，它需要更多硬件，例如微控制器上的模数转换器 (ADC) 或通用输入/输出引脚。然而，在需要快速过流检测的特定情况下，电流感应 IC 有一个 1µs 比较器。

机器人新兴安全趋势

国际标准化组织 (ISO) 3961-4 规定了无人驾驶移动机器人及其仓库机器人系统的安全要求，而 ISO 15066 规定了协作工业机器人系统及其工作环境的安全要求。ISO 标准有所不同，因为移动机器人能够在仓库或自由度更高的区域内移动，这会增加机器人发生事故的可能性。

鉴于 ISO 标准，汽车电子委员会 (AEC)-Q100 IC 可以帮助确保最高的 IC 质量，并确保这些 IC 生成的信息可靠。

在移动或协作机器人平台中利用电流感应可以提高安全性和效率，减少工人疲劳，并有助于监控系统健康状况。实现电流感应 IC 存在尺寸等挑战，但小外形晶体管 (SOT)-23 或 SC-70 封装可以帮助最大限度地减少尺寸限制。

使用电流感应 IC 可以帮助设计人员通过实现严格控制和健康监测来增加增强功能。电流感应的范围不断扩大，随着技术的不断发展，电流感应的使用将变得越来越重要，因为越来越多的电子设备需要监测。