为什么电流感应对于协作移动机器人来说是必须的

机器人在制造和仓储设施中越来越普遍。工厂正在扩大移动机器人的使用，以帮助在无需人工干预的情况下自动将物品从 A 点移动到 B 点，同时还扩大协作机器人的使用，以提高工作效率并减少工人的疲劳。电流传感在移动机器人和协作机器人中发挥着关键作用，有助于实现这些优势。

移动机器人通常在主电源轨上使用 48 V 至 80 V 的锂离子电池运行，并且可能会在主电源轨上遇到超过 150 A 的高浪涌电流。移动机器人上的辅助电源轨可以利用 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 到 60 V 之间运行。系统内的电流水平(特别是电动机中的电流)通常约为每个节点 20 A 或更低。精确的电流测量对于协作机器人来说更为重要，因为高精度可以提供严格的系统控制，从而使机器人能够安全高效地运行。

电流传感在机器人系统中发挥着不可或缺的作用，适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。

移动机器人和协作机器人中的电机驱动

在电机控制应用中，电流检测 IC 现在拥有一个利用增强型脉宽调制 (PWM) 抑制技术的前端。该技术最大限度地减少了由切换共模电压信号引起的输出误差，这在串联相电流测量中非常常见。如图1所示，它改善了偏移、增益误差和温度漂移等电气特性，从而实现了增强的系统性能和超精确测量等优势。

图 1 PWM 抑制可改善偏移、增益误差和温度漂移等电气特性。

更仔细地观察电机驱动，图 2显示了移动机器人或协作机器人的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，并监控整个电机系统中的电流负载以及短路情况。随后的电流感测实现位于每个相位的高压侧，监视进入电机每个相位的电流。监控每个相使系统能够更好地检测哪个相可能运行不正确。对于高侧测量，电流感应 IC 通常会看到最高的系统电压电平。

图 2以下是机器人系统中常用的电机电流感应方法的概要。

图 2 的中心是内联电流监控，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。直列式电机电流检测的难点在于切换共模信号;然而，除了检测高达 110 V 的高共模电压(与高侧测量类似)之外，PWM 抑制技术还可以帮助减轻 PWM 信号可能产生的误差。这些功能使得在系统中实现这些 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 中的最后一个配置是低侧相位和低侧直流链路。由于 IC 靠近接地，因此低侧测量通常在较低电压电平下进行;这些 IC 可以监控低侧电流。低端监控可全面读取系统中的电流测量值;它还在加载后提供较低级别的保护和控制。可以在电机系统中使用这些配置中的一种或多种。

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照明、雷达、处理系统和其他相关子系统等外围设备。通常，电源系统向次级导轨和通道提供直流电源。电源被输送到 DC/DC 转换器，然后输送到负载开关，负载开关在不需要外设时连接和断开负载与电源的连接，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总体视图。

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 I 2 C 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运行和峰值效率。您还可以在此处使用电流感应 IC，但在大多数情况下需要更多硬件，例如模数转换器 (ADC) 或微控制器上的通用输入/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 具有 1 µs 比较器。

机器人的新兴安全趋势

国际标准化组织 (ISO) 3961-4 规定了仓库机器人的无人驾驶移动机器人及其系统的安全要求，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以更大的自由度在仓库或区域内移动，这可能会导致机器人发生事故的可能性增加。

根据 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，并且这些 IC 生成的信息是可靠的。

在移动或协作机器人平台中利用电流传感可以提高安全性和效率，减少工人疲劳，并帮助监控系统健康状况。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 封装有助于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运行状况监控来增强功能。电流感测正在不断扩展，并且随着技术的不断发展，电流感测的使用将变得越来越重要，因为更多的电子设备需要监控。